Abstract The adhesion G protein-coupled receptor (aGPCR) GPR126/ADGRG6 plays an important role in several physiological functions, such as myelination or peripheral nerve repair. This renders the receptor an attractive pharmacological target. GPR126 is a mechano-sensor that translates binding of extracellular matrix (ECM) molecules to its N terminus into a metabotropic intracellular signal. To date, the structural requirements and the character of the forces needed for this ECM-mediated receptor activation are largely unknown. In this study we provide this information by combining classic second messenger detection with single cell atomic force microscopy. We establish a monoclonal antibody targeting the N terminus to stimulate GPR126 and compare it to the activation through its known ECM ligands collagen IV and laminin 211. As each ligand uses a distinct mode of action, the N terminus can be viewed as an allosteric module that can fine-tune receptor activation in a context-specific manner.

ABSTRACT GPR133 (ADGRD1), an adhesion G protein-coupled receptor, supports growth of glioblastoma, a brain malignancy. We demonstrated that GPR133 is intramolecularly cleaved, and that dissociation of its N-terminal and C-terminal fragments (NTF and CTF) at the plasma membrane correlates with increased receptor signaling. However, how the extracellular interactome of GPR133 in glioblastoma modulates signaling remains unknown. Here, we use affinity purification and mass spectrometry to identify extracellular binding partners of GPR133 in patient-derived glioblastoma cells. We show that the transmembrane protein PTK7 binds the GPR133 NTF and its expression in trans increases GPR133 signaling. This effect requires the intramolecular cleavage of GPR133 and PTK7’s anchoring in the plasma membrane. The GPR133-PTK7 interaction facilitates orthosteric activation of GPR133 by soluble peptide mimicking the endogenous tethered Stachel agonist, suggesting PTK7 binding allosterically enhances accessibility of GPR133’s orthosteric Stachel binding pocket. GPR133 and PTK7 are expressed in adjacent cells in glioblastoma, where their knockdown phenocopies each other. We propose that this novel ligand-receptor interaction is relevant to the pathogenesis of glioblastoma, as well as physiological processes in several tissues.

SUMMARY GPR133 (ADGRD1), an adhesion G protein-coupled receptor (GPCR), is necessary for growth of glioblastoma (GBM), a brain malignancy. The extracellular N-terminus of GPR133 is thought to be autoproteolytically cleaved into an N-terminal and a C-terminal fragment (NTF and CTF). Nevertheless, the role of this cleavage in receptor activation remains unclear. Here, we show that the wild-type (WT) receptor is cleaved after protein synthesis and generates significantly more canonical signaling than an uncleavable point mutant (H543R) in patient-derived GBM cultures and HEK293T cells. However, the resulting NTF and CTF remain non-covalently bound until the receptor is trafficked to the plasma membrane, where we find NTF-CTF dissociation. Using a fusion of the hPAR1 receptor N-terminus and the CTF of GPR133, we demonstrate that thrombin-induced cleavage and shedding of the hPAR1 NTF increases receptor signaling. This study supports a model where dissociation of the NTF at the plasma membrane promotes GPR133 activation. Highlights - GPR133 is intramolecularly cleaved in patient-derived GBM cultures - Cleaved GPR133 signals at higher efficacy than the uncleavable GPR133 H543R mutant - The N- and C-terminal fragments (NTF and CTF) of GPR133 dissociate at the plasma membrane - Acute thrombin-induced cleavage of the human PAR1 NTF from the GPR133 CTF increases signaling eTOC Blurb Frenster et al. demonstrate intramolecular cleavage of the adhesion GPCR GPR133 in glioblastoma and HEK293T cells. The resulting N- and C-terminal fragments dissociate at the plasma membrane to increase canonical signaling. The findings suggest dissociation of GPR133’s N-terminus at the plasma membrane represents a major mechanism of receptor activation.