Receptorii nucleari sunt o clasă de proteine intracelulare care sunt responsabile pentru percepția hormonilor steroizi și tiroidieni , precum și a altor molecule. O proprietate unică a receptorilor nucleari care îi diferențiază de alte clase de receptori este capacitatea lor de a interacționa direct cu ADN- ul genomic și de a regla expresia genelor învecinate, controlând astfel dezvoltarea, homeostazia și metabolismul organismului. Prin urmare, acești receptori sunt clasificați ca factori de transcripție [2] . Reglarea expresiei genelor de către receptorii nucleari are loc de obicei numai atunci când este prezent un ligand , o moleculă care influențează comportamentul receptorului. Legarea unui ligand la un receptor nuclear are ca rezultat o schimbare conformațională a receptorului, care, la rândul său, activează receptorul, ducând la reglarea în sus sau în jos a expresiei genei.
Datorită capacității lor de a interacționa direct cu ADN-ul genomic și de a controla expresia acestuia, receptorii nucleari joacă un rol cheie atât în dezvoltarea embrionară, cât și în homeostazia adulților .
Receptorii nucleari pot fi clasificați după mecanism [3] sau omologie [4]
Receptorii nucleari sunt specifici metazoarelor și nu se găsesc în protozoare, alge, ciuperci sau plante. Oamenii, șoarecii și șobolanii au 48, 49 și, respectiv, 47 de receptori nucleari [5] .
Liganzii care se leagă și activează receptorii nucleari includ substanțe lipofile , cum ar fi hormonii endogeni , vitaminele A și D și perturbatorii endocrini xenobiotici . Deoarece expresia unui număr mare de gene este reglată de receptorii nucleari, liganzii care activează acești receptori pot avea un efect puternic asupra organismului. Multe dintre aceste gene reglementate sunt asociate cu diferite boli, ceea ce explică de ce țintele moleculare a aproximativ 13% dintre medicamentele aprobate de Administrația pentru Alimente și Medicamente din SUA vizează receptorii nucleari.
O serie de receptori nucleari, numiți receptori orfani , nu au liganzi endogeni cunoscuți (sau cel puțin recunoscuți în general). Unii dintre acești receptori, cum ar fi FXR , LXR și PPAR , leagă un număr de intermediari metabolici , cum ar fi acizii grași , acizii biliari și/sau sterolii , cu afinitate relativ scăzută. Prin urmare, acești receptori pot funcționa ca senzori metabolici. [6] Alți receptori nucleari, cum ar fi CAR și PXR , par să acționeze ca senzori xenobiotici prin reglarea expresiei enzimelor citocromului P450 care metabolizează aceste xenobiotice. [7]
Majoritatea receptorilor nucleari au greutăți moleculare între 50.000 și 100.000 daltoni . Receptorii nucleari au o structură modulară și conțin următoarele domenii:
Domeniile N-terminal (A/B), de legare ADN (C) și de legare a ligandului (E) sunt în mod independent bine pliate și stabile structural, în timp ce domeniile balama (D) și C-terminal opțional (F) pot fi conformațional – flexibil și neregulat. Orientările relative ale domeniilor diferă foarte mult atunci când se compară trei structuri cristaline multidomeniu cunoscute, dintre care două se leagă la DR1, una se leagă la DR4. [opt]
Receptorii nucleari sunt proteine multifuncționale care semnalizează liganzii lor înrudiți . Receptorii nucleari (NR) pot fi împărțiți în două clase mari în funcție de mecanismul lor de acțiune și distribuția subcelulară în absența unui ligand. Substanțele lipofile mici, cum ar fi hormonii naturali, difuzează prin membrana celulară și se leagă de receptorii nucleari localizați în citosol (tip I NR) sau nucleu (tip II NR) celulei. Legarea induce o schimbare conformațională a receptorului, care, în funcție de clasa receptorului, declanșează o cascadă de evenimente ulterioare care direcționează NR către situsurile de reglare a transcripției ADN, ceea ce duce la reglarea în sus sau în jos a expresiei genelor. Acţionează de obicei ca homo/heterodimeri . [9] În plus, au fost identificate două clase suplimentare: tipul III, care este o variantă de tip I, și tipul IV, care leagă ADN-ul ca monomeri .
În funcție de mecanismul de funcționare, receptorii nucleari sunt împărțiți în patru clase:
Legarea ligandului la receptorii nucleari de tip I din citosol are ca rezultat disocierea proteinelor de șoc termic , homodimerizare , translocare (adică transfer activ) de la citoplasmă la nucleul celulei și legarea la secvențe specifice de ADN cunoscute ca elemente de răspuns hormonal . (HRE). Receptorii nucleari de tip I se leagă de HRE constând din două jumătăți de situs separate de ADN de lungime variabilă, iar a doua jumătate de situs este inversată față de primul (repetare inversată). Receptorii nucleari de tip I includ membrii subfamilia 3, cum ar fi receptorii de androgeni, receptorii de estrogeni, receptorii de glucocorticoizi, receptorii de progesteron.
Sa observat că unii dintre receptorii nucleari din subfamilia 2 se pot lega la o repetare directă în loc de o repetare inversă HRE . În plus, unii receptori nucleari se leagă fie ca monomeri , fie ca dimeri, cu un singur domeniu de legare a ADN-ului receptorului atașat la o jumătate de situs HRE. Acești receptori nucleari sunt considerați receptori orfani deoarece liganzii lor endogeni sunt încă necunoscuți.
Complexul receptor nuclear/ADN recrutează apoi alte proteine care transcriu ADN-ul de sub HRE într-un ARN mesager și în cele din urmă într-o proteină, ceea ce provoacă o schimbare a funcției celulare.
Receptorii de tip II, spre deosebire de tipul I, sunt păstrați în nucleu indiferent de starea de legare a ligandului și, în plus, se leagă la ADN ca heterodimeri (de obicei RXR). În absența unui ligand, receptorii nucleari de tip II formează adesea complexe cu proteine corepresoare. Legarea ligandului de receptorul nuclear determină disocierea corepresorului și recrutarea proteinelor coactivatoare. Proteine suplimentare, inclusiv ARN polimeraza, sunt apoi recrutate în complexul NR/ADN, care transcrie ADN-ul în ARN mesager.
Receptorii nucleari de tip II includ în principal subfamilia 1, cum ar fi receptorul acidului retinoic, receptorul retinoid X și receptorul hormonului tiroidian .
Receptorii nucleari de tip III (în primul rând subfamilia 2 NR) sunt similari cu receptorii de tip I prin faptul că ambele clase se leagă la ADN ca homodimeri. Cu toate acestea, receptorii nucleari de tip III, spre deosebire de tipul I, se leagă la o repetare directă în loc de o HRE repetată inversată.
Receptorii nucleari de tip IV se leagă ca monomeri sau dimeri, dar doar un domeniu de legare la ADN al receptorului se leagă la un semi-sit HRE. Exemple de receptori de tip IV se găsesc în majoritatea subfamiliilor NR.
Cel mai comun mecanism de acțiune al receptorului nuclear implică legarea directă a acestuia de elementul de răspuns hormonal ADN. Acest mecanism se numește transactivare . Cu toate acestea, unii receptori nucleari au capacitatea de a se lega direct nu numai de ADN, ci și de alți factori de transcripție. Această legare duce adesea la dezactivarea celui de-al doilea factor de transcripție într-un proces cunoscut sub numele de transrepresie . Un exemplu de receptor nuclear care este capabil de transreprimare este receptorul de glucocorticoizi (GR). În plus, unii liganzi GR, cunoscuți ca agoniști selectivi ai receptorilor de glucocorticoizi ( SEGRA ) , sunt capabili să activeze glucocorticoizii în așa fel încât GR transreprima mai degrabă decât transactivează. Această selectivitate mărește separarea dintre efectele antiinflamatorii dorite și efectele secundare metabolice nedorite ale acestor glucocorticoizi selectivi. [zece]
Efectul clasic direct al receptorilor nucleari asupra reglării genelor durează de obicei câteva ore înainte ca un efect funcțional să se manifeste în celule - datorită numărului mare de pași intermediari între activarea receptorilor nucleari și modificările nivelurilor de expresie a proteinelor. Cu toate acestea, s-a observat că multe efecte ale hormonilor nucleari, cum ar fi modificările activității canalelor ionice, apar în câteva minute, ceea ce este în contradicție cu mecanismul clasic de acțiune al receptorilor nucleari. Deși ținta moleculară pentru aceste efecte non-genomice ale receptorilor nucleari nu a fost demonstrată în mod concludent, s-a emis ipoteza că există variante ale receptorilor nucleari care sunt mai degrabă legate de membrană decât localizate în citosol sau nucleu. În plus, acești receptori asociați membranei funcționează prin mecanisme alternative de transducție a semnalului care nu au legătură cu reglarea genelor.
Deși s-a propus că există mai mulți receptori de hormoni nucleari asociați membranei, s-a demonstrat că receptorii nucleari canonici sunt necesari pentru multe efecte rapide. Cu toate acestea, studiile asupra mecanismelor genomice și non-genomice in vivo sunt îngreunate de lipsa unor mecanisme moleculare specifice de efecte non-genomice care pot fi blocate prin mutația receptorului fără a perturba efectul său direct asupra expresiei genelor.
Mecanismul molecular pentru semnalizarea non-genomică prin receptorul TRβ al hormonului tiroidian nuclear implică fosfatidilinozitol 3-kinaza ( PI3K ). Această semnalizare poate fi blocată de o singură substituție de tirozină cu fenilalanină în TR β fără a perturba reglarea directă a genei. Acest mecanism pare să fie conservat la toate mamiferele, dar nu și în TRα sau în orice alți receptori nucleari. Astfel, asocierea TRβ dependentă de fosfotirozină cu PI3K oferă un mecanism potențial pentru integrarea reglării de dezvoltare și metabolică de către hormonul tiroidian și receptorii tirozin kinaze. În plus, semnalizarea hormonilor tiroidieni prin PI3K poate modifica expresia genelor [11] .
După cum se arată în experimentele la scară largă cu teste cu doi hibrizi , receptorii nucleari umani sunt capabili să se dimerizeze cu mulți alți receptori nucleari (dimerizare homotipică). [12] [13] Cu toate acestea, există specificitate: membrii aceleiași subfamilii au parteneri de dimerizare NR foarte similari, iar rețeaua de dimerizare subiacentă are anumite caracteristici topologice, cum ar fi prezența hub-urilor extrem de conectate ( RXR și SHP).
Receptorii nucleari asociați cu elemente de răspuns hormonal atrag un număr semnificativ de alte proteine (numite coregulatori transcripționali) care facilitează sau inhibă transcrierea genei țintă asociate în ARNm. Funcțiile acestor coreglatori sunt variate și includ remodelarea cromatinei a (făcând gena țintă mai mult sau mai puțin disponibilă pentru transcripție) sau crearea de punte pentru a stabiliza legarea altor proteine coreglatoare. Receptorii nucleari se pot lega în mod specific la o serie de proteine coregulatoare și astfel pot afecta mecanismele celulare de transducție a semnalului atât direct, cât și indirect [14] .
Legarea liganzilor agonişti (vezi secţiunea de mai jos) la receptorii nucleari induce o conformaţie a receptorului care leagă preferenţial proteinele coactivatoare. Aceste proteine au adesea activitate intrinsecă a histonelor acetiltransferazei (HAT), care atenuează asocierea histonelor cu ADN și, prin urmare, promovează transcripția genelor.
Legarea liganzilor antagonişti de receptorii nucleari, în schimb, induce o conformaţie a receptorului care leagă preferenţial proteinele corepresoare. Aceste proteine, la rândul lor, recrutează histon deacetilaze (HDAC), care sporesc asocierea histonelor cu ADN-ul și, prin urmare, reprimă transcripția genelor.
În funcție de receptorul implicat, structura chimică a ligandului și țesutul care este tratat, liganzii receptorilor nucleari pot prezenta efecte dramatic variate, variind de la agonism la antagonism la agonism invers. [cincisprezece]
Activitatea liganzilor endogeni (cum ar fi hormonii estradiol și testosteron ), atunci când sunt legați de receptorii lor nucleari înrudiți, are ca rezultat, în general, o expresie crescută a genelor . Această stimulare a expresiei genelor de către un ligand se numește răspuns agonist . Efectele agoniste ale hormonilor endogeni pot fi, de asemenea, imitate de unii liganzi sintetici, cum ar fi medicamentul antiinflamator dexametazona . Liganzii agonişti acţionează prin inducerea unei conformaţii de receptor care promovează legarea coactivatorului (vezi jumătatea superioară a figurii din dreapta).
Alți liganzi sintetici ai receptorilor nucleari nu au un efect semnificativ asupra transcripției genelor în absența unui ligand endogen. Cu toate acestea, ele blochează acțiunea unui agonist prin legarea competitivă la același loc de legare în receptorul nuclear. Acești liganzi se numesc antagoniști. Un exemplu de medicament antagonist al receptorilor nucleari este mifepristona , care se leagă de receptorii de glucocorticoizi și progesteron și, prin urmare, blochează activitatea hormonilor endogeni cortizol și, respectiv, progesteron. Liganzii antagoniști funcționează prin inducerea unei conformații de receptor care previne coactivarea și promovează legarea corepresorului (vezi jumătatea inferioară a figurii din dreapta)
În cele din urmă, unii receptori nucleari promovează niveluri scăzute de transcripție genică în absența agoniştilor (numită și activitate bazală sau constitutivă). Liganzii sintetici care reduc acest nivel bazal al activității receptorului nuclear sunt cunoscuți ca agoniști inversi. [16]
Un număr de medicamente care acționează prin receptorii nucleari prezintă un răspuns agonist în unele țesuturi și un răspuns antagonic în alte țesuturi. Un astfel de comportament poate avea avantaje semnificative prin aceea că permite menținerea efectelor terapeutice benefice dorite ale medicamentului, minimizând în același timp efectele secundare nedorite. Medicamentele cu acest profil de acțiune mixt agonist/antagonist sunt numite modulatori selectivi ai receptorilor (SRM). Exemplele includ modulatori selectivi ai receptorilor de androgeni (SARM), modulatori selectivi ai receptorilor de estrogen (SERM ) şi modulatori selectivi ai receptorilor de progesteron (SPRM). Mecanismul de acțiune al SRM-urilor poate varia în funcție de structura chimică a ligandului și a receptorului implicat, cu toate acestea, se crede că multe SRM-uri funcționează prin promovarea unei conformații a receptorului care este strâns echilibrată între agonism și antagonism. În țesuturile în care concentrația de proteine coactivatoare este mai mare decât cea a corepresoarelor, echilibrul este deplasat către agonişti. În schimb, în țesuturile în care predomină corepresorii, ligandul se comportă ca un antagonist. [17]
Subfamilie | grup | Membru | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Simbol NRNC | Abreviere | Nume | Gene | Ligand(i) | ||||
unu | Asemănător receptorilor hormonilor tiroidieni | A | receptorul hormonilor tiroidieni | NR1A1 | TRα | Receptor-α al hormonilor tiroidieni | THRA | Hormonii tiroidieni |
NR1A2 | TRβ | receptorul hormonului tiroidian-β | THRB | |||||
B | receptorul acidului retinoic | NR1B1 | RARα | Receptor al acidului retinoic | RARA | vitamina A și compușii înrudiți | ||
NR1B2 | RARβ | Receptor β al acidului retinoic | RARB | |||||
NR1B3 | RARγ | Receptor acid retinoic-γ | RARG | |||||
C | Receptori activați de proliferatorul peroxizomal | NR1C1 | PPARα | Receptor-α activat de proliferator de peroxizom | PPARA | Acizi grași , prostaglandine | ||
NR1C2 | PPAR-p/5 | Receptor-β/δ activat de proliferator de peroxizom | PPARD | |||||
NR1C3 | PPARy | Receptor-γ activat de proliferator de peroxizom | PPARG | |||||
D | Rev-ErbA | NR1D1 | Rev-ErbAα | Rev-ErbAα | NR1D1 | pietre prețioase | ||
NR1D2 | Rev-ErbAβ | Rev-ErbAα | NR1D2 | |||||
E | E78C ( artropode , trematode , moluște, nematode) [18] [19] |
NR1E1 | Eip78C | Proteina 78C indusă de ecdizonă | Eip78C | |||
F | Receptor orfan legat de RAR | NR1F1 | RORα | Receptorul orfan-α legat de RAR | RORA | Colesterol , tretinoină | ||
NR1F2 | RORβ | Receptorul orfan-β legat de RAR | RORB | |||||
NR1F3 | RORγ | Receptorul-γ orfan legat de RAR | RORC | |||||
G | CNR14 (nematode) [18] | NR1G1 | sex-1 | Receptorul hormonilor steroizi cnr14 [20] | sex-1 | |||
H | receptorii X din ficat | NR1H1 | EcR | Receptor de ecdizonă, EcR (artropod) | EcR | ecdisteroizi | ||
NR1H2 | LXRβ | Receptorii X hepatici-β | NR1H2 | Oxisteroli | ||||
NR1H3 | LXRA | Receptorii α X hepatici | NR1H3 | |||||
NR1H4 | FXR | receptorul X farnesoid | NR1H4 | |||||
NR1H5 [21] | FXR-β | receptorul farnesoid X-β (pseudogen la om) |
NR1H5P | |||||
eu | receptorii de vitamina D | NR1I1 | VDR | Receptor de vitamina D | VDR | vitamina D | ||
NR1I2 | PXR | Receptorul Pregnan X | NR1I2 | xenobiotice | ||||
NR1I3 | MAȘINĂ | Receptor androstan constitutiv | NR1I3 | androstan | ||||
J | Hr96 [18] | NR1J1 | Hr96/ Daf-12 | Receptor hormonal nuclear HR96 | Hr96 | Colesterol / acid dafacronic [22] | ||
NR1J2 | ||||||||
NR1J3 | ||||||||
K | Hr1 [18] | NR1K1 | Hr1 | Receptorul hormonal nuclear HR1 | ||||
2 | Retinoid asemănător receptorului X | A | Factorul nuclear al hepatocitelor -4 | NR2A1 | HNF4α | Factorul nuclear 4-α al hepatocitelor | HNF4A | Acid gras |
NR2A2 | HNF4y | Factorul nuclear hepatocitar -4-γ | HNF4G | |||||
B | Receptor retinoid X | NR2B1 | RXRa | Receptor X retinoid-α | RXRA | Retinoli | ||
NR2B2 | RXRβ | Receptor X-β retinoid | RXRB | |||||
NR2B3 | RXRγ | Receptor X-γ retinoid | RXRG | |||||
NR2B4 | USP | Ultraspiracul proteic (artropod) | usp | fosfolipide | ||||
C | Receptorul testicular | NR2C1 | TR2 | Receptorul testicular 2 | NR2C1 | |||
NR2C2 | TR4 | Receptorul testicular 4 | NR2C2 | |||||
E | TLX/PNR | NR2E1 | TLX | Omologul genei Drosophila | NR2E1 | |||
NR2E3 | PNR | Receptorul nuclear al celulelor fotoreceptoare | NR2E3 | |||||
F | LOVITURĂ / URECHE | NR2F1 | COUP-TFI | Ovoalbumină de pui - promotor factor de transcripție I | NR2F1 | |||
NR2F2 | LOVITURĂ-TFII | Ovoalbumină de pui - promotor factor de transcripție II | NR2F2 | Acid retinoic [23] | ||||
NR2F6 | EAR-2 | Gena legată de V-erbA | NR2F6 | |||||
3 | asemănător receptorilor de estrogeni | A | receptor de estrogen | NR3A1 | ERα | Receptorul de estrogen-α | ESR1 | Estrogenii |
NR3A2 | ERβ | Receptorul de estrogen-β | ESR2 | |||||
B | Receptor cuplat cu estrogen | NR3B1 | ERRα | Receptor-α cuplat cu estrogen | ESRRA | |||
NR3B2 | ERRβ | Receptor-β cuplat cu estrogen | ESRB | |||||
NR3B3 | ERRγ | Receptor cuplat cu estrogen -γ | ESRRG | |||||
C | receptori 3-cetosteroizi | NR3C1 | GR | Receptorul glucocorticoizilor | NR3C1 | cortizol | ||
NR3C2 | DOMNUL | Receptor mineralocorticoizi | NR3C2 | aldosteronului | ||||
NR3C3 | relatii cu publicul | receptor de progesteron | PGR | progesteron | ||||
NR3C4 | AR | Receptorul androgenic | AR | testosteron | ||||
D | Asemănător receptorului de estrogen (în Lophotrochozoa ) [24] |
NR3D | ||||||
E | Asemănător receptorului de estrogen (la cnidari ) [25] |
NR3E | ||||||
F | Asemănător receptorului de estrogen (în formă lamelară ) [25] |
NR3F | ||||||
patru | Factorul de creștere nervos asemănător IB | A | NGFIB/NURR1/NOR1 | NR4A1 | NGFIB | Factorul de creștere a nervilor IB | NR4A1 | |
NR4A2 | NURR1 | Proteina asociată receptorilor nucleari 1 | NR4A2 | |||||
NR4A3 | NOR1 | Receptor neuronal orfan 1 | NR4A3 | |||||
5 | Asemănător factorului steroidogen |
A | SF1/LRH1 | NR5A1 | SF1 | Factorul steroidogen 1 | NR5A1 | Fosfatidilinozitoli |
NR5A2 | LRH-1 | Omologul receptorului liver-1 | NR5A2 | Fosfatidilinozitoli | ||||
B | asemănător cu Hr39 | NR5B1 [18] | HR39/ FTZ -F1 | Factor receptor al hormonilor nucleari fushi tarazu I beta | Hr39 | |||
6 | Factor de celule germinale nucleare | A | GCNF | NR6A1 | GCNF | factorul nuclear al celulelor germinale | NR6A1 | |
7 | NR cu două domenii de legare la ADN [18] (viermi plati, moluște, artropode) |
A | 2DBD-NRα | NR7A1 | ||||
B | 2DBD-NRβ | NR7B1 | ||||||
C | 2DBD-NRγ | NR7C1 | artropode „α/β” | |||||
opt | NR8 [26] ( Eumetazoare ) | A | NR8A | NR8A1 | CgNR8A1 | Receptorul nuclear 8 | AKG49571 | |
0 | Diverse (fără LBD sau DBD) | A | knr/knrl/egon [18] (artropode) | NR0A1 | KNI | Ruptura zigotică a nodurilor proteice | knl | |
B | DAX/SHP | NR0B1 | DAX1 | Inversarea sexului sensibilă la doză, regiune critică a hipoplaziei suprarenale, pe cromozomul X, gena 1 | NR0B1 | |||
NR0B2 | SHP | Partener heterodimer mic | NR0B2 |