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G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）的功能依賴于多種輔助蛋白的調(diào)控，如單次跨膜蛋白受體活性修飾蛋白1（RAMP1）別構(gòu)調(diào)控B類GPCR的活性。黑素皮質(zhì)素受體輔助蛋白家族(MRAP) 包括兩個(gè)成員（MRAP1和MRAP2），其中MRAP1被認(rèn)為是黑素皮質(zhì)素受體 2 (MC2R)運(yùn)輸?shù)劫|(zhì)膜和產(chǎn)生活性的必要元件。相對RAMP1對B類GPCR的調(diào)控，科學(xué)界對MRAPs等輔助蛋白調(diào)控A類GPCR的機(jī)制知之甚少。
MC2R是在黑素皮質(zhì)素受體(MCR)家族5個(gè)受體亞型中最為獨(dú)特的成員，僅有其活性依賴于輔助蛋白MRAP1，且它對配體促腎上腺皮質(zhì)激素（ACTH）具有選擇特異性。早期研究表明，MRAP1 的 N 端是激活 MC2R的必要條件。此外，配體ACTH所包含的“信息”基序HFRW和“地址”基序KKRR，都被認(rèn)為是 ACTH 結(jié)合MC2R所必需的，但MRAP1和ACTH如何協(xié)同激活MC2R的機(jī)理仍不清楚。
MC2R是調(diào)節(jié)應(yīng)激反應(yīng)的下丘腦-垂體-腎上腺 (HPA) 軸中的關(guān)鍵受體，在生理狀態(tài)下刺激糖皮質(zhì)激素生成和皮質(zhì)醇分泌，其功能障礙會(huì)導(dǎo)致糖皮質(zhì)激素不足疾病如家族性糖皮質(zhì)激素缺乏癥 (FGD)，或皮質(zhì)醇過多癥如先天性腎上腺增生癥 (CAH) 和庫欣綜合征 (CS)。因此，揭示ACTH選擇性識別MC2R 的分子機(jī)制，也將為理解多肽激素調(diào)控MC2R的生理過程，以及靶向MC2R的藥物設(shè)計(jì)提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和新的思路。
2023年1月2日，中國科學(xué)院上海藥物研究所徐華強(qiáng)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合臨港實(shí)驗(yàn)室蔣軼和復(fù)旦大學(xué)王明偉團(tuán)隊(duì)，在Cell Research上發(fā)表了題為“Structural basis of signaling regulation of the human melanocortin-2 receptor by MRAP1”的研究論文。研究人員利用冷凍電鏡技術(shù)首次解析了MC2R與MRAP1、ACTH及下游Gs蛋白復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)，揭示了MC2R依賴MRAP1對ACTH特異的分子識別機(jī)制。
MRAP1以N端朝外的單次跨膜的形式結(jié)合在MC2R的TM5和TM6之間，ACTH以魚鉤的形狀結(jié)合在MC2R的結(jié)合口袋上。通過與已有結(jié)構(gòu)的MC1R及MC4R的配體結(jié)合口袋對比分析發(fā)現(xiàn)，MC2R結(jié)合ACTH的口袋在電荷性、親疏水性上有所不同,且ACTH中“信息”基序HFRW與受體的結(jié)合方式也不同，導(dǎo)致ACTH在MC2R的結(jié)合口袋不穩(wěn)定，而MRAP1的N端loop以一種安全帶樣的結(jié)合模式將ACTH穩(wěn)定在結(jié)合口袋里進(jìn)一步激活MC2R。
該研究闡釋了MC2R依賴于MRAP1激活并且特異性識別ACTH的分子機(jī)制，揭示了一種新型的輔助蛋白調(diào)控G蛋白偶聯(lián)受體功能的“安全帶模型”。這些發(fā)現(xiàn)將加深人們理解GPCR輔助蛋白的作用機(jī)制，并對開發(fā)選擇性MC2R藥物提供了啟示。
圖1. MC2R的配體選擇性及復(fù)合物冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。a-b. 黑素皮質(zhì)素受體配體的序列比較及對配體的選擇性。c-d. ACTH-MC2R-Gs-MRAP1復(fù)合物冷凍電鏡密度圖及卡通示意圖。e. 已有黑素皮質(zhì)素受體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)對比。
本研究中的冷凍電鏡數(shù)據(jù)由中國科學(xué)院上海藥物研究所冷凍電鏡平臺收集。上海藥物所博士后羅平和復(fù)旦大學(xué)博士研究生馮文博為該論文的共同第一作者，蔣軼、徐華強(qiáng)和王明偉研究員為共同通訊作者，上海藥物所為第一完成單位。該工作獲得了包括國家自然科學(xué)基金委、科技部重大專項(xiàng)，以及上海市市級科技重大專項(xiàng)等資金的資助。
全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41422-022-00751-6
標(biāo)簽： G蛋白偶聯(lián)受體 GPCR
