Nukleární receptor

Mechanismus účinku nukleárního receptoru. Na tomto obrázku je znázorněn mechanismus nukleárního receptoru třídy I (NR), který se za nepřítomnosti ligandu nachází v cytosolu. Vazba na hormony spouští disociaci proteinů tepelného šoku (HSP), dimerizaci a translokaci do jádra, kde se váže na specifickou sekvenci DNA známou jako prvek hormonální odezvy (HRE). DNA komplex nukleárního receptoru zase rekrutuje další proteiny, které jsou zodpovědné za transkripci navazující DNA do mRNA, která je nakonec přeložena do proteinu, což má za následek změnu buněčné funkce.

Struktury vybraných ligandů endogenních nukleárních receptorů a název receptoru, na který se každý z nich váže.

V oblasti molekulární biologie jsou nukleární receptory třídou bílkovin nacházejících se uvnitř buněk, které jsou zodpovědné za snímání přítomnosti hormonů a některých dalších molekul. V reakci na to tyto nukleární receptory ovlivněné hormony působí ve shodě s jinými bílkovinami a regulují expresi specifických genů, čímž regulují mechanismy organismu (metabolismus, vývojové charakteristiky, homeostatické funkce).

Nukleární receptory mají schopnost se přímo vázat na DNA a regulovat expresi přilehlých genů, proto jsou tyto receptory klasifikovány jako transkripční faktory. K regulaci exprese genů nukleárními receptory dochází pouze tehdy, když je přítomen ligand – molekula, která ovlivňuje chování receptoru. Přesněji řečeno, vazba ligandu na nukleární receptor má za následek konformační změnu receptoru, která následně aktivuje receptor, což má za následek zvýšenou regulaci exprese genů.

Jedinečnou vlastností nukleárních receptorů, která je odlišuje od ostatních tříd receptorů, je jejich schopnost přímo interagovat s genomovou DNA a kontrolovat její expresi. V důsledku toho hrají nukleární receptory klíčovou roli ve vývoji a homeostáze organismů. Jak je podrobněji popsáno níže, nukleární receptory mohou být klasifikovány buď podle mechanismu, nebo podle homologie.

Mezi ligandy, které se vážou na jaderné receptory a aktivují je, patří lipofilní látky, jako jsou endogenní hormony, vitaminy A a D a xenobiotické endokrinní disruptory. Protože exprese velkého množství genů je regulována jadernými receptory, mohou mít ligandy, které aktivují tyto receptory, na organismus hluboké účinky. Mnoho z těchto regulovaných genů je spojováno s různými chorobami, což vysvětluje, proč molekulárními cíli přibližně 13% léčiv schválených FDA jsou jaderné receptory.

Řada nukleárních receptorů, označovaných jako vzácné receptory, nemá žádné známé (nebo alespoň obecně dohodnuté) endogenní ligandy. Některé z těchto receptorů, jako jsou FXR, LXR a PPAR, vážou řadu metabolických meziproduktů, jako jsou mastné kyseliny, žlučové kyseliny a/nebo steroly s relativně nízkou afinitou. Tyto receptory tedy mohou fungovat jako metabolické senzory. Jiné nukleární receptory, jako jsou CAR a PXR, zřejmě fungují jako xenobiotické senzory a regulují expresi enzymů cytochromu P450, které tato xenobiotika metabolizují.

Nukleární receptory mají modulární strukturu a obsahují následující domény:

Mechanismus účinku nukleárního receptoru. Tento obrázek znázorňuje mechanismus nukleárního receptoru třídy II (NR), který se bez ohledu na vazebný status ligandu nachází v jádře vázaném na DNA. Pro ilustraci, nukleární receptor zde znázorněný je receptor hormonu štítné žlázy (TR) heterodimerizovaný na RXR. V případě absence ligandu je TR vázán na protein corepressoru. Vazba ligandu na TR způsobuje disociaci proteinu corepressoru a nábor proteinu koaktivátoru, který zase rekrutuje další proteiny, jako je RNA polymeráza, které jsou zodpovědné za translaci následné DNA do RNA a nakonec proteinu, což má za následek změnu buněčné funkce.

Doporučujeme:  Imunoglobulin E

Nukleární receptory (NR) lze rozdělit do dvou širokých tříd podle jejich mechanismu účinku a subcelulární distribuce za nepřítomnosti ligandu.

Malé lipofilní látky, jako jsou přírodní hormony, difundují přes buněčnou membránu a vážou se na jaderné receptory umístěné v cytosolu (typ I NR) nebo jádru (typ II NR) buňky. To způsobuje změnu konformace receptoru, která v závislosti na mechanistické třídě (typ I nebo II) spouští řadu následných událostí, které nakonec vyústí v regulaci genové exprese nahoru nebo dolů.

Vazba ligandu na jaderné receptory typu I v cytosolu (zahrnuje členy podskupiny NR 3) má za následek disociaci proteinů tepelného šoku, homodimerizaci, translokaci (tj. aktivní transport) z cytoplazmy do buněčného jádra a vazbu na specifické sekvence DNA známé jako prvky hormonální odezvy (HRE). Jaderné receptory typu I se vážou na HRE skládající se ze dvou polomíst oddělených proměnnou délkou DNA a druhé polomísto má sekvenci invertovanou od prvního (invertované opakování).

Jaderný receptor/DNA komplex pak rekrutuje další proteiny, které přepisují DNA z HRE do messenger RNA a nakonec protein, který způsobuje změnu buněčné funkce.

Receptory typu II (hlavně NR podčeleď 1) jsou v kontrastu udržovány v jádře bez ohledu na vázací status ligandu a navíc se vážou jako heterodimery (obvykle s RXR) na DNA. V nepřítomnosti ligandu jsou jaderné receptory typu II často komplexovány s proteiny corepressora. Vazba ligandu na nukleární receptor způsobuje disociaci corepressora a nábor proteinů koaktivátoru. Další proteiny včetně RNA polymerázy jsou pak rekrutovány do komplexu NR/DNA, které překládají DNA do messenger RNA.

Nukleární receptory typu III (hlavně NR podrodina 2) jsou podobné receptorům typu I v tom, že obě třídy se vážou na DNA, mají homodimery. Nicméně nukleární receptory typu III v kontrastu typu I se vážou na přímé opakování místo obrácených opakovaných HREs.

Nukleární receptory typu IV se vážou buď jako monomery nebo dimery, ale pouze jedna vazebná doména DNA receptoru se váže na jedno polomísto HRE. Příklady receptorů typu IV se nacházejí ve většině podskupin NR.

Nukleární receptory vázané na prvky hormonální odpovědi rekrutují významný počet jiných proteinů (označovaných jako transkripční koregulátory), které usnadňují nebo inhibují transkripci přidruženého cílového genu do mRNA. Funkce těchto koregulátorů jsou různorodé a zahrnují remodelaci chromatinu (čímž je cílový gen buď více nebo méně přístupný transkripci) nebo přemosťující funkci ke stabilizaci vazby jiných koregulačních proteinů.

Doporučujeme:  Fluvoxamin

Vazba agonistických ligandů (viz bod níže) na nukleární receptory vyvolává konformaci receptoru, který se přednostně váže na koaktivační proteiny. Tyto proteiny mají často vnitřní aktivitu histonacetyltransferázy (HAT), která oslabuje spojení histonů s DNA, a tím podporuje transkripci genů.

Vazba antagonistických ligandů na nukleární receptory v kontrastu indukuje konformaci receptoru, který se přednostně váže na proteiny corepressora. Tyto proteiny zase rekrutují histondeacetylázy (HDAC), které posilují spojení histonů s DNA, a proto potlačují transkripci genů.

V závislosti na zapojeném receptoru, chemické struktuře ligandu a tkáni, která je postižena, mohou nukleární receptorové ligandy vykazovat dramaticky různorodé účinky v rozmezí od agonismu přes antagonismus až po inverzní agonismus.

Aktivita endogenních ligandů (jako jsou hormony estradiol a testosteron) při vazbě na jejich kognátní nukleární receptory je za normálních okolností k upregulaci genové exprese. Tato stimulace genové exprese ligandem je označována jako agonistická odpověď. Agonistické účinky endogenních hormonů mohou být také napodobovány některými syntetickými ligandy, například antiiflammátorem glukokortikoidního receptoru dexamethasonem. Agonistické ligandy působí tak, že navozují konformaci receptoru, která upřednostňuje vazbu koaktivátoru (viz horní polovina obrázku vpravo).

Jiné syntetické nukleární ligandy nemají žádný zjevný účinek na transkripci genu v nepřítomnosti endogenního ligandu. Blokují však účinek agonisty kompetitivní vazbou na stejné vazebné místo v nukleárním receptoru. Tyto ligandy jsou označovány jako antagonisté. Příkladem antagonistického nukleárního receptoru je mifepriston, který se váže na glukokortikoidové a progesteronové receptory, a tím blokuje aktivitu endogenních hormonů kortizolu, respektive progesteronu. Antagonistické ligandy působí tak, že indukují konformaci receptoru, která zabraňuje koaktivaci a podporuje vazbu korepresoru (viz dolní polovina obrázku vpravo).

A konečně, některé nukleární receptory podporují nízkou úroveň transkripce genu za nepřítomnosti agonistů (také označované jako bazální nebo konstituční aktivita). Syntetické ligandy, které snižují tuto bazální úroveň aktivity nukleárních receptorů, jsou známé jako inverzní agonisté.

Selektivní modulátory receptorů

Řada léků, které působí prostřednictvím nukleárních receptorů, vykazuje agonistickou odpověď v některých tkáních, zatímco antagonistickou odpověď v jiných tkáních. Toto chování může mít podstatný přínos, protože může umožnit zachování požadovaných příznivých terapeutických účinků léku a zároveň minimalizovat nežádoucí vedlejší účinky. Léky s tímto smíšeným profilem účinku agonistů/antagonistů se označují jako selektivní modulátory receptorů (SRM). Příkladem jsou selektivní modulátory estrogenových receptorů (SERM) a selektivní modulátory progesteronových receptorů (SPRM). Mechanismus účinku SRM se může lišit v závislosti na chemické struktuře ligandu a zapojeného receptoru, nicméně se má za to, že mnoho SRM působí tak, že podporují konformaci receptoru, která je úzce vyvážena mezi agonismem a antagonismem. V tkáních, kde je koncentrace koaktivátorových proteinů vyšší než u corepresorů, je rovnováha posunuta směrem k agonistům. Naopak ve tkáních, kde převládají corepresory, se ligand chová jako antagonista.

Doporučujeme:  Psychopatologie dospívajících

Nejčastějším mechanismem působení nukleárního receptoru je přímá vazba nukleárního receptoru na prvek reakce hormonu DNA. Tento mechanismus se označuje jako transaktivace. Některé nukleární receptory však mají nejen schopnost se přímo vázat na DNA, ale také na další transkripční faktory. Tato vazba často vede k deaktivaci druhého transkripčního faktoru v procesu známém jako transrepresson.

Klasické přímé účinky nukleárních receptorů na regulaci genů obvykle trvají hodiny, než je v buňkách pozorován funkční účinek, a to kvůli velkému počtu mezikroků mezi aktivací nukleárních receptorů a změnami v hladinách exprese proteinů. Bylo však pozorováno, že některé účinky při aplikaci hormonů, jako je estrogen, se objevují během několika minut, což je v rozporu s klasickým mechanismem působení nukleárních receptorů. Ačkoli molekulární cíl pro tyto negenomové účinky nukleárních receptorů nebyl přesvědčivě prokázán, byla vyslovena hypotéza, že existují varianty nukleárních receptorů, které jsou membránově asociovány místo toho, aby byly lokalizovány v cytosolu nebo jádru. Dále tyto membránově asociované receptory fungují prostřednictvím alternativních signálních transdukčních mechanismů, které nezahrnují genovou regulaci.

Následuje seznam 48 známých lidských jaderných receptorů rozdělených podle sekvenční homologie. Seznam je uspořádán následovně:

Fylogenetický strom lidských jaderných receptorů

Podrodina 1: Receptor podobný hormonu štítné žlázy

Podrodina 2: Retinoid X Receptor-like

Podrodina 3: Estrogen Receptor-like

Podrodina 4: Nervový růstový faktor IB-like

Podrodina 5: Steroidogenní Faktor-like

Podrodina 6: Nukleární faktor zárodečných buněk

Podrodina 0: Různé

Historie jaderných receptorů

Níže je uveden stručný výběr klíčových událostí v historii výzkumu jaderných receptorů.

Konstitutivní androstanový receptor –
Vazebný faktor jádra –
E2F –
Farnesoidní X receptor –
Kruppelovy faktory –
Nanog –
NF-kB –
Oct-4 –
P300/CBP –
Peroxisomový proliferátor aktivovaný –
PIT-1 –
Rho faktor –
R-SMAD –
Sigma faktor –
Sox2 –
Sp1 –
STAT protein

Základní-šroubovice-smyčka-šroubovice:
Aryl-uhlovodíkový receptor –
Hypoxií indukovatelné faktory –
MYC –
MyoD –
Myogenin –
Twist transkripční faktor

Základní leucinový zip:
Ccaat-enhancer-binding proteins –
CREB –

Základní leucinový zip se smyčkou helix-loop-helix:
Transkripční faktor asociovaný s mikroftalmií –
Sterolový protein vázající regulační prvek

Steroidní hormonální receptory
Typ I:
Glukokortikoidní receptor –
Mineralokortikoidní receptor –
Pohlavní hormonální receptor (Androgen receptor, Estrogen receptor, Progesteron receptor)
Typ II:
Calcitriol receptor –
Retinoid receptor (Retinoic acid receptor, Retinoid X receptor) –
Thyroid hormone receptor