Изоформы ядерных рецепторов и их функциональное значение

Изоформы ядерных рецепторов и их функциональное значение

Сравнение С-концевых лигандсвязывающих доменов канонических вариантов ядерных рецепторов и форм их альтернативного сплайсинга по наличию 12 -й альфа-спирали

Возможные механизмы доминант-негативной активности альтернативного варианта рецептора с измененной С-концевой последовательностью Действие ядерного рецептора в отсуствие альтернативного варианта Ядерный рецептор RXR или другой партнер по димеризации Коактиватор Сплайсинговый вариант лигандсвязывающего домена Доминант-негативное действие сплайсингового варианта лигандсвязывающего домена

Сплайсинговый вариант рецептора альфа эстрогенов (ERα 46 k. Da) 66 к. Да A/B DBD ядро LBD 46 к. Да плазматическая мембрана пальмитат Сплайсинговый вариант рецептора альфа эстрогенов может опосредовать быстрые негеномные эффекты эстрогенов Shc ER c-Src MNAR [Grb 2, Sos] p 85 PI 3 K [PDK] Ras Akt Raf MEK JUN e. NOS ERK пролиферация эндотелия NO вазодилятация

Фосфорилирование как способ регуляции активности ядерных рецепторов

Фосфорилирование как способ регуляции активности ЯР – Фосфорилирование а/к остатков в домена А/В • Конститутивное фосфорилирование • Зависимое от лиганда фосфорилирование – Результаты фосфорилирования ЯР: • Появление негативной транскрипционной ак-ти (Гл. Р) • Появление позитивной транскрипционной ак-ти (ЕР) • Направление на деградацию • Пример: EGF → MAPK→ фосфорилирование ER→эстрогеноподобное действие EGF в опухолях молочной железы

Фосфорилирование как способ регуляции активности ЯР Влияние фосфорилирования N-конца PPARγ на его сумоилирование о. ЛНП – окисленные липопротеиды низкой плотности; Факторы роста о. ЛНП SUMO MAPK N PPARγ PPRE C N P PPARγ PPRE C м. РНК

Терминация рецепторного цикла

Терминация рецепторного цикла Лиганд ускоряет деградацию собственного рецептора: – Свободный эстрогенный рецептор: Т 1/2=5 дней – Комплекс эстрогенного рецептора с эстрадиолом: Т ½=3 -4 часа – Деградация с участием убиквитина, сумоилирование

Пример влияния сумоилирования А Индуцируемое лигандом сумоилирование C-конца PPARγ не влияет на трансактивационную функцию PPARγ (А) Лиганд N SU M O Коактиваторный комплекс PPARγ м. РНК белков липидного обмена PPRE Б Индуцируемое лигандом сумоилирование C-конца PPARγ индуцирует его трансрепрессорную функцию (Б) в отношении NF-k. B Лиганд N SU M O PPARγ NF-k. B Корепрессорный комплекс HDAC 3 NCo. R м. РНК провоспалительных белков HDAC – гистондеацетилаза; NCo. R – корепрессор ядерных рецепторов; NF-κB – ядерный фактор k. B.

Негативная регуляция транскрипции ядерными рецепторами

Варианты активирующего первичного геномного действия половых стероидов Транскрипционные факторы SP 1 и AP-1 могут опосредовать взаимодействие ядерных рецепторов с ГЧЭ ДНК гормон ½ ГЧЭ а б Рц ½ ГЧЭ Рц м. РНК ½ ГЧЭ Регуляторная область гена-мишени в Рц Sp 1 Рц GC ½ ГЧЭ м. РНК Рц г Рц м. РНК Sp 1 GC ½ ГЧЭ Рц Рц м. РНК Sp 1 GC

Негативные гормончувствительные элементы (n. RE) ОСОБЕННОСТИ n. RE: 1. Отличаются от позитивных гормончувствительных элементов (p. RE) по последовательностям нуклеотидов, их количеству и ориентации полусайтов 2. Часто перекрываются с сайтами связывания других транскрипционных факторов (например, SP 1), оказывающими стимулирующее действие на транскрипцию

Негативная регуляция транскрипции ядерными рецепторами (перекрытие с сайтом связывания транскрипционного фактора SP 1) Вытеснение рецептором (NR) в присутствии лиганда позитивных регуляторов транскрипции (например, SP 1) из комплексов с ДНК лиганд SP 1 NR SP 1 n. HRE SP 1 м. РНК NR n. HRE м. РНК SP 1

Негативная регуляция транскрипции ядерными рецепторами (аллостерическое измерение конформации NR – рекрутирование корепрессора) Негативный гормончувствительный элемент (n. HRE) служит аллостерическим регулятором конформации NR, которая обеспечивает рекрутирование корепрессора вместо коактиватора Co. R Co. A NR p. RE Позитивный HRE м. РНК NR n. HRE Негативный HRE м. РНК

Негативная регуляция транскрипции ядерными рецепторами (Действие обратных агонистов) г. Обратные агонисты стимулируют рекрутирование рецептором корепрессора вместо коактиватора прямой агонист Co. A NR обратный агонист м. РНК Co. R NR

Негативная регуляция транскрипции ядерными рецепторами (аллостерическое измерение конформации NRизменение конформации коактиватора) Негативный гормончувствительный элемент (n. HRE) служит аллостерическим регулятором конформации NR, которая в свою очередь меняет конформацию рекрутируемого коактиватора на репрессорную Co. A NR м. РНК NR p. HRE n. HRE Позитивный HRE Негативный HRE м. РНК

Негативная регуляция транскрипции ядерными рецепторами (Транс-репрессия – конкуренция NR за коактиватор) Непрямая репрессия (транс-репрессия): Рецептор может конкурировать с другими транскрипционными факторами за корегуляторы NR Co. A TF сайт TF м. РНК

Негативная регуляция транскрипции ядерными рецепторами (Транс-репрессия – корепрессорное действие NR) Непрямая репрессия (транс-репрессия): При транс-репрессии рецептор сам выступает в роли корепрессора, не взаимодействуя прямо с ДНК Co. A NR Co. A TF TF м. РНК сайт TF Co. R м. РНК сайт TF

Патологии, связанные с мутациями ядерных рецепторов

Мутации ядерных рецепторов на примере андрогенного рецептора (АР) • Полиморфизм АР с изменением количества триплетных повторов (CAG)n в регуляторной области гена АР (обратная корреляция между числом повторов и функцией АР): - 9 -36 повторов - норма, - Меньше 9 повторов – рак простаты или гиперандрогения у женщин - Больше 40 повторов – пониженная вирилизация, нарушения сперматогенеза, мужское бесплодие, нейродегенеративные заболевания • Инактивирующие мутации АР – синдром полной или частичной нечувствительности к андрогенам (синдром тестикулярной феминизации , мужской псевдогермафродитизм) • Активирующие мутации АР – рак репродуктивных органов

Мутация, ведущая к дисфункции андрогенного рецептора Мутация андрогенсвязывающего кармана андрогенного рецептора Появление способности неактивных андрогенов и прогестерона опосредовать активацию рецептора Прогрессия карциномы простаты

Нарушения, связанные с мутациями ядерных рецепторов Рецептор 1, 25(OH)2 -D 3 (VDR) ДНК Большинство мутаций (замены аминокислот, стопкодоны, нарушение сплайсинга) являются рецессивными, т. е. проявляются только у гомозигот. Лиганд 1 424 Мутации Наследственный зависимый от витамина D рахит типа II (VDDR-II) Мутации, нарушающие связывание VDR с лигандом, коактиватором Не работает: зависимая от витамина D 3 трансактиваторная функция VDR Облысение Мутации, нарушающие связывание VDR с ДНК и RXR, или отсутствие VDR Не работает: трансрепрессорная функция VDR

Рецепторы арильных углеводородов

Лиганды рецептора арильных углеводородов Поллютант агонист 2, 3, 7, 8 -тетрахлордибензо-п-диоксин (а), Растительный антагонист кампферол (б), Эндогенные агонисты: метаболиты триптофана - 3 -индоксилсульфат, или индикан (в) и кинуреновая кислота (г) б а в г

Структура рецептора арильных углеводородов (Ah. R) Ah. R функционирует сходно с ядерными рецепторами, хотя структурно с ними не связан Hsp 90 ДСД Ah. R b. HLH – основной мотив спираль-петля-спираль NLS Hsp 90 ЛСД XAP 2 XAP-2 иммунофилинподобный белок ТАД 838 b. HLH NES ДСД – ДНК-связывающий домен: b. HLH – основной мотив спираль-петля-спираль ЛСД – лигандсвязывающий домен; ТАД – трансактиваторный домен; NLS-сигнал ядерной локализации; NES – сигнал экспорта из ядра

Роль комплексирования рецептора арильных углеводородов с белками теплового шока В цитоплазме гетеродимеры: • Неактивный Ah. R+ • димер белка теплового шока (Hsp 90)+ иммунофиллинподобный белок ХАР 2+ • кошаперон р23 Роль hsp 90: • Комплексирование с гормонсвязывающим доменом • Поддержание и усиление аффинности гормонсвязывающего кармана к гормону • Блокирование ДНК-связывающего домена в отсутствие гормона • Транспорт вновь синтезированных рецепторов к ядру

Система проведения сигнала рецептора арильных углеводородов (Ah. R) и его ауторегуляции. 1 и 2 – этапы репрессорного действия Ah. RR. XAP-2 = HBV X-associated protein 2 (иммунофилин-подобный белок); Hsp 90 – белок теплового шока 90; Ah. RR – репрессор Ah. R; XRE – ксенобиотикчувствительный элемент Фаза детоксикации 1: Цитохромы P 450 (гидроксилирование субстратов) флавиновые монооксигеназы (окисление гетероатомов N, S) аминооксидазы гидролазы лиганд а XAP 2 Ah. R Hsp 90 Фаза детоксикации 2: Ариламин-N-ацетилтрансфераза лутатион-S-трансферазы O-, S-, N-метилтрансферазы цитоплазма XAP-2 иммунофилинподобный белок Arnt ядро Ah. RR 1 XRE Ксенобиотикчувствительный элемент УДФ-глюкуронил-трансферазы сульфотрансферазы г GCGTG Arnt – ядерный переносчик Ah. R (HIF 1β) Ah. RR – репрессор Ah. R 2 XRE Метаболизм ксенобиотиков м. РНК CYP 1 A 1 Ah. RR и др.

Участие Ah. R в активации канцерогенов Бензо[a]пирен – компонент табачного дыма, выхлопных газов Ah. R CYP 1 A 1 аддукты ДНК бензо[a]пирен 7, 8 -диол-9, 10 эпоксид

Ah. R и репродуктивная функция • Активация Ah. R ведет к ускоренной инактивации половых гормонов за счет индукции метаболизирующих ферментов • Некоторые лиганды Ah. R могут быть агонистами/антагонистами Э-Рц и А-Рц • Ah. R и Arnt могут служить корегуляторами Э-Рц и А-Рц и стимулировать их убиквитинилирование • Перекрытие эстрогенчувствительных и ксенобиотикчувствительных элементов ДНК → конкуренция ER и Ah. R за ДНК • Полиморфизм Pro 185 Ala в Ah. RR → недостаточность маскулинизации, предрасположенность к олиго- и азооспермии

Сенсор электрофильных ксенобиотиков и окислительного стресса белок Keap 1

Сенсор электрофильных ксенобиотиков и окислительного стресса Keap 1 в регуляции убиквитинилирования транскрипционного фактора Nrf 2 KEAP 1, связан с Nrf 2 (актиновый цитоскелет цитоплазмы клетки) Поступление в клетку электрофильных ксенобиотиков, Окислительный стресс Без электрофильных ксенобиотиков, Без окислительного стресса Направление на убиквитилирование и протеосомную деградацию транскрипционного фактора Nrf 2 Ковалентная модификация KEAP 1 (на убиквитинилироваиние) Диссоциация Nrf 2, прекращение убиквитилирования и протеосомной деградации Посткпление Nrf 2 в ядро, взаимодействие с антиоксидантчувствительными элементами (AREs) генов биосинтеза антиоксидантов и генов ферментов фазы II метаболизма

Доменная организация Keap 1 (а) и регуляция убиквитинилирования транскрипционного фактора Nrf 2 (б) ARE: ATGACTCAGCA Линкер (связывание убиквитинлигазы Cul 3) а Keap 1 624 повторы Kelch BTBPOZ (связывание (гомодимеризация) NES актина и Nrf 2) (удаление Nrf 2 из ядра) Keap 1 ксенобиотик б окислитель HS HS Cul 3 Nrf 2 актин E 2 Ub ARE антиоксидантчувствительный элемент Cul 3 - убиквитинлигаза Cul 3 E 2 Ub окислитель-S Nrf 2 Ub Ub – убиквитин протеасома ARE ядро м. РНК антиоксидантов, м. РНК белков 2 -й фазы детоксикации

Контактный способ передачи сигнала Мембранные рецепторы группы Notch, активируемые зависимым от лиганда протеолизом

Лиганды рецептора Notch Интегральные трансмембранные белки с одним трансмембранным доменом: Delta-like-1, Delta-like-3, Delta-like-4, Jagged-1, Jagged-2 Основной эффект: Регуляция судьбы клетки – стимуляция пролиферации предшественников, торможение дифференцировки Delta-like-1 Недоразвитие поджелудочной железы (ускоренная дифференцировка клетокпредшественников)

Принцип работы рецепторов Notch Взаимодействие с лигандом, заякоренным на соседней клетке Двухступечатое протеолитическое отщепление внутриклеточного домена рецептора Поступление внутриклеточного домена в ядро Лигандсвязывающая субъединица вместе с лигандом с помощью эндоцитоза поступает в клетку-донор лиганда Действие внутриклеточного домена как корегулятора транскрипционных факторов Дифференцировка (чаще ингибирование), пролиферация, апоптоз, органогенез

Семейство рецепторов Notch Внеклеточная лигандсвязывающая субъединица NEC 1 TM-трансмембранный домен Гетеродимеры: Внеклеточная лигандсвязывающая субъединица и трансмембранная субъединица связаны дисульфидными связями TAD – домен трансактивации транскрипции EGF-like(1 -36) Протеаза ADAM γ-секретаза NLS укороченная NTM (трансмембранная субъединица) После связывания с лигандом последовательное отщепление протеазой ADAM основной части внеклеточнгого домена , затем γ-секретазой с отделением внутриклеточного домена , поступлением его в ядро и взаимодействием с ДНК-связывающими белками

Внутриклеточный домен Notch (NIC) индуцирует вытеснение корепрессорного белкового комплекса из связи с транскрипционным фактором CBF и рекрутирование коактиваторного белкового комплекса, что обеспечивает инициацию транскрипции Корепрессорный комплекс CIR SMRT SHARP Внутриклеточный домен Notch (NIC) HDAC Ct. BP/Ct. IP Коактиваторный комплекс NIC SKIP HAT MAML NIC CBF-1 CGTGGGAA CBF-1 – промоторсвязывающий фактор 1 (конститутивный транскрипционный фактор) м. РНК

Активирующие мутации трансмембранной субъединицы рецептора Notch Активирующие мутации N-концевого внеклеточного домена трансмембранной субъединицы: облегчают отделение внеклеточной субъединицы и высвобождение внутриклеточного домена Notch Активирующие мутации С-концевого внеклеточного домена трансмембранной субъединицы: увеличивают продолжительность жизни внутриклеточного домена Notch 50% T-клеточного острого лимфобластного лейкоза связано с активирующими мутациями Notch-1