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G蛋白偶聯受體（GPCR）的功能依賴于多種輔助蛋白的調控，如單次跨膜蛋白受體活性修飾蛋白1（RAMP1）別構調控B類GPCR的活性。黑素皮質素受體輔助蛋白家族(MRAP) 包括兩個成員（MRAP1和MRAP2），其中MRAP1被認為是黑素皮質素受體 2 (MC2R)運輸到質膜和產生活性的必要元件。相對RAMP1對B類GPCR的調控，科學界對MRAPs等輔助蛋白調控A類GPCR的機制知之甚少。
MC2R是在黑素皮質素受體(MCR)家族5個受體亞型中最為獨特的成員，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，都被認為是 ACTH 結合MC2R所必需的，但MRAP1和ACTH如何協同激活MC2R的機理仍不清楚。
MC2R是調節應激反應的下丘腦-垂體-腎上腺 (HPA) 軸中的關鍵受體，在生理狀態下刺激糖皮質激素生成和皮質醇分泌，其功能障礙會導致糖皮質激素不足疾病如家族性糖皮質激素缺乏癥 (FGD)，或皮質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 的分子機制，也將為理解多肽激素調控MC2R的生理過程，以及靶向MC2R的藥物設計提供結構基礎和新的思路。
2023年1月2日，中國科學院上海藥物研究所徐華強團隊聯合臨港實驗室蔣軼和復旦大學王明偉團隊，在Cell Research上發表了題為“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首次解析了MC2R與MRAP1、ACTH及下游Gs蛋白復合物的三維結構，揭示了MC2R依賴MRAP1對ACTH特異的分子識別機制。
MRAP1以N端朝外的單次跨膜的形式結合在MC2R的TM5和TM6之間，ACTH以魚鉤的形狀結合在MC2R的結合口袋上。通過與已有結構的MC1R及MC4R的配體結合口袋對比分析發現，MC2R結合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與受體的結合方式也不同，導致ACTH在MC2R的結合口袋不穩定，而MRAP1的N端loop以一種安全帶樣的結合模式將ACTH穩定在結合口袋里進一步激活MC2R。
該研究闡釋了MC2R依賴于MRAP1激活并且特異性識別ACTH的分子機制，揭示了一種新型的輔助蛋白調控G蛋白偶聯受體功能的“安全帶模型”。這些發現將加深人們理解GPCR輔助蛋白的作用機制，并對開發選擇性MC2R藥物提供了啟示。
圖1. MC2R的配體選擇性及復合物冷凍電鏡結構。a-b. 黑素皮質素受體配體的序列比較及對配體的選擇性。c-d. ACTH-MC2R-Gs-MRAP1復合物冷凍電鏡密度圖及卡通示意圖。e. 已有黑素皮質素受體結構的結構對比。
本研究中的冷凍電鏡數據由中國科學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旦大學博士研究生馮文博為該論文的共同第一作者，蔣軼、徐華強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基金委、科技部重大專項，以及上海市市級科技重大專項等資金的資助。
全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41422-022-00751-6
