A nukleáris receptorok az intracelluláris fehérjék egy osztálya , amelyek felelősek a szteroid- és pajzsmirigyhormonok , valamint számos más molekula észleléséért. A nukleáris receptorok egyedülálló tulajdonsága, amely megkülönbözteti őket a receptorok más osztályaitól, az a képességük, hogy közvetlenül kölcsönhatásba lépnek a genomiális DNS -sel , és szabályozzák a szomszédos gének expresszióját , ezáltal szabályozzák a test fejlődését, homeosztázisát és anyagcseréjét . Ezért ezeket a receptorokat a transzkripciós faktorok közé sorolják [2] . A génexpresszió nukleáris receptorok általi szabályozása általában csak akkor következik be, ha jelen van egy ligandum , egy olyan molekula, amely befolyásolja a receptor viselkedését. Egy ligandum nukleáris receptorhoz való kötődése a receptor konformációs változását eredményezi , ami viszont aktiválja a receptort, ami a génexpresszió fel- vagy leszabályozását eredményezi.
A genomi DNS-sel való közvetlen kölcsönhatásra és expressziójának szabályozására való képességük miatt a nukleáris receptorok kulcsszerepet játszanak mind az embrionális fejlődésben, mind a felnőttkori homeosztázisban .
A nukleáris receptorokat mechanizmus [3] vagy homológia [4] alapján lehet osztályozni.
A nukleáris receptorok specifikusak a metazoákra, és nem találhatók protozoákban, algákban, gombákban vagy növényekben. Az emberek, az egerek és a patkányok 48, 49 és 47 nukleáris receptorral rendelkeznek [5] .
A nukleáris receptorokhoz kötődő és aktiváló ligandumok közé tartoznak a lipofil anyagok , például az endogén hormonok , az A- és D -vitaminok , valamint a xenobiotikus endokrin károsítók . Mivel nagyszámú gén expresszióját nukleáris receptorok szabályozzák, az ezeket a receptorokat aktiváló ligandumok erős hatást gyakorolhatnak a szervezetre. Ezen szabályozott gének közül sok különböző betegségekkel jár, ami megmagyarázza, hogy az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatala által jóváhagyott gyógyszerek körülbelül 13%-ának molekuláris célpontjai miért a nukleáris receptorokat célozzák meg.
Számos nukleáris receptornak, úgynevezett árva receptornak nincs ismert (vagy legalábbis általánosan elismert) endogén liganduma. Ezen receptorok némelyike, mint például az FXR , LXR és PPAR , viszonylag kis affinitással köt számos metabolikus intermediert , például zsírsavakat , epesavakat és/vagy szterineket . Ezért ezek a receptorok metabolikus érzékelőként működhetnek. [6] Más nukleáris receptorok, mint például a CAR és a PXR , úgy tűnik, xenobiotikus szenzorként működnek azáltal, hogy szabályozzák az ezeket a xenobiotikumokat metabolizáló citokróm P450 enzimek expresszióját. [7]
A legtöbb nukleáris receptor molekulatömege 50 000 és 100 000 dalton közötti . A nukleáris receptorok moduláris felépítésűek, és a következő tartományokat tartalmazzák:
Az N-terminális (A/B), DNS-kötő (C) és ligandumkötő (E) domének egymástól függetlenül jól hajtogatottak és szerkezetileg stabilak, míg a csuklós (D) és opcionális C-terminális (F) domének legyen konformációs – rugalmas és változékony. A domének relatív orientációja nagymértékben különbözik, ha három ismert többdoménes kristályszerkezetet hasonlítunk össze, amelyek közül kettő a DR1-hez, egy pedig a DR4-hez kötődik. [nyolc]
A nukleáris receptorok többfunkciós fehérjék, amelyek a rokon ligandumaikat jelzik . A nukleáris receptorok (NR-ek) hatásmechanizmusuk és ligandum hiányában szubcelluláris eloszlásuk alapján két nagy osztályba sorolhatók. A kisméretű lipofil anyagok, például a természetes hormonok átdiffundálnak a sejtmembránon , és a sejt citoszoljában (I. típusú NR) vagy sejtmagjában (II. típusú NR) található nukleáris receptorokhoz kötődnek . A kötődés konformációs változást indukál a receptorban, ami a receptor osztálytól függően egymást követő események sorozatát indítja el, amelyek az NR-t a DNS transzkripciós szabályozó helyekre irányítják, ami a génexpresszió fel- vagy leszabályozásához vezet. Általában homo/heterodimerként működnek . [9] Ezen kívül két további osztályt azonosítottak: a III-as típust, amely az I. típus variánsa, és a IV-es típust, amely monomerként köti meg a DNS-t .
A működési mechanizmus szerint a nukleáris receptorok négy osztályba sorolhatók:
A ligandum kötődése a citoszolban lévő I. típusú nukleáris receptorokhoz hősokk-fehérjék disszociációját , homodimerizációt , transzlokációt (vagyis aktív transzfert) eredményez a citoplazmából a sejtmagba, és kötődik specifikus DNS-szekvenciákhoz, amelyeket hormonválaszelemeknek nevezünk . (HRE). Az I-es típusú nukleáris receptorok a HRE-ekhez kötődnek, amelyek két, változó hosszúságú DNS-sel elválasztott félhelyből állnak, és a második félhely az elsőtől fordított (fordított ismétlődés). Az I. típusú nukleáris receptorok 3 alcsaládot foglalnak magukban, mint például az androgénreceptorok , ösztrogénreceptorok , glükokortikoid receptorok , progeszteron receptorok.
Megfigyelték, hogy a 2. alcsaládba tartozó nukleáris receptorok egy része közvetlen ismétlődéshez kapcsolódhat a fordított ismétlődő HRE helyett . Ezenkívül néhány nukleáris receptor monomerként vagy dimerként kötődik, és csak egy receptor DNS-kötő domén kapcsolódik egy HRE félhelyhez. Ezeket a nukleáris receptorokat árva receptoroknak tekintik, mivel endogén ligandumaik még nem ismertek.
A nukleáris receptor/DNS komplex ezután más fehérjéket toboroz, amelyek átírják a HRE alatti DNS-t hírvivő RNS-vé, majd végül fehérjévé, ami változást okoz a sejtműködésben.
A II-es típusú receptorok, az I. típustól eltérően, a ligandum kötődési állapotától függetlenül megmaradnak a sejtmagban, és ezen felül heterodimerekként (jellemzően RXR-ekként) kötődnek a DNS-hez. Ligandum hiányában a II-es típusú nukleáris receptorok gyakran komplexeket képeznek a korepresszor fehérjékkel. A ligandumnak a nukleáris receptorhoz való kötődése a korepresszor disszociációját és koaktivátor fehérjék toborzását okozza. További fehérjéket, köztük az RNS-polimerázt, az NR/DNS komplexbe toborozzák, amely a DNS-t hírvivő RNS-vé írja át.
A II-es típusú nukleáris receptorok főként az 1. alcsaládot foglalják magukban, mint például a retinsav receptor , a retinoid X receptor és a pajzsmirigyhormon receptor .
A III-as típusú nukleáris receptorok (elsősorban a 2-es alcsalád NR-ek) hasonlóak az I-es típusú receptorokhoz, mivel mindkét osztály homodimerként kötődik a DNS-hez. A III-as típusú nukleáris receptorok azonban, az I-es típustól eltérően, közvetlen ismétlődéshez kötődnek a fordított ismétlődő HRE helyett.
A IV-es típusú nukleáris receptorok monomerként vagy dimerként kötődnek, de a receptornak csak egy DNS-kötő doménje kötődik egy HRE félhelyhez. A IV-es típusú receptorok példái a legtöbb NR alcsaládban találhatók.
A nukleáris receptor leggyakoribb hatásmechanizmusa a DNS hormonális válaszelemhez való közvetlen kötődése. Ezt a mechanizmust transzaktivációnak nevezik . Egyes nukleáris receptorok azonban nem csak a DNS-hez, hanem más transzkripciós faktorokhoz is képesek közvetlenül kötődni. Ez a kötődés gyakran a második transzkripciós faktor deaktiválásához vezet egy transzrepresszió néven ismert folyamatban . A transzrepresszálásra képes nukleáris receptor egyik példája a glükokortikoid receptor (GR). Ezen túlmenően néhány GR ligandum, amelyeket szelektív glükokortikoid receptor agonistáknak ( SEGRA ) neveznek , képesek aktiválni a glükokortikoidokat oly módon, hogy a GR transzrepresszálja, nem pedig transzaktivál. Ez a szelektivitás növeli a különbséget e szelektív glükokortikoidok kívánt gyulladáscsökkentő hatásai és nem kívánt metabolikus mellékhatásai között. [tíz]
A nukleáris receptorok klasszikus, génszabályozásra gyakorolt közvetlen hatása általában több órát vesz igénybe, mire a funkcionális hatás megnyilvánul a sejtekben – a nukleáris receptorok aktiválódása és a fehérje expressziós szintjének változása közötti köztes lépések nagy száma miatt. Megfigyelték azonban, hogy a nukleáris hormonok számos hatása, például az ioncsatorna aktivitásának változása perceken belül bekövetkezik, ami nincs összhangban a nukleáris receptorok klasszikus hatásmechanizmusával. Bár a nukleáris receptorok ezen nem genomiális hatásainak molekuláris célpontját nem bizonyították meggyőzően, feltételezték, hogy vannak olyan nukleáris receptorok olyan változatai, amelyek inkább membránhoz kötöttek, nem pedig a citoszolban vagy a sejtmagban lokalizálódnak. Ezenkívül ezek a membránhoz kapcsolódó receptorok a génszabályozáshoz nem kapcsolódó, alternatív jelátviteli mechanizmusokon keresztül működnek.
Bár számos, membránhoz kapcsolódó nukleáris hormonreceptor létezik, kimutatták, hogy számos gyors hatáshoz kanonikus nukleáris receptorokra van szükség. A genomiális és nem-genomikus mechanizmusok in vivo vizsgálatát azonban hátráltatja a nem-genomikus hatások specifikus molekuláris mechanizmusainak hiánya, amelyek a receptor mutációjával blokkolhatók anélkül, hogy megzavarnák a génexpresszióra gyakorolt közvetlen hatását.
A TRβ nukleáris pajzsmirigyhormon receptoron keresztül történő nem genomi jelátvitel molekuláris mechanizmusa magában foglalja a foszfatidil-inozitol 3-kinázt ( PI3K ). Ez a jelátvitel blokkolható egyetlen tirozin - fenilalanin szubsztitúcióval a TR β -ban a közvetlen génszabályozás megzavarása nélkül. Úgy tűnik, hogy ez a mechanizmus minden emlősben konzervált, de a TRα-ban vagy bármely más nukleáris receptorban nem. Így a TRβ foszfotirozin-függő asszociációja a PI3K-val potenciális mechanizmust biztosít a pajzsmirigyhormon és a receptor tirozin kinázok fejlődési és metabolikus szabályozásának integrálásához. Ezenkívül a PI3K-n keresztüli pajzsmirigyhormon-jelátvitel megváltoztathatja a génexpressziót [11] .
Amint azt a kéthibrid tesztekkel végzett nagyszabású kísérletek kimutatták , az emberi nukleáris receptorok sok más nukleáris receptorral képesek dimerizálódni (homotípusos dimerizáció). [12] [13] A specifikusság azonban létezik: ugyanazon alcsalád tagjai nagyon hasonló NR dimerizációs partnerekkel rendelkeznek, és a mögöttes dimerizációs hálózatnak vannak bizonyos topológiai jellemzői, például erősen összekapcsolt hubok ( RXR -ek és SHP-k) jelenléte.
A hormonális válaszelemekhez kapcsolódó nukleáris receptorok jelentős számú más fehérjét vonzanak (az úgynevezett transzkripciós koregulátorokat), amelyek elősegítik vagy gátolják a kapcsolódó célgén mRNS-sé történő transzkripcióját. Ezeknek a koregulátoroknak a funkciói változatosak, és magukban foglalják a kromatin átalakítását (a célgén többé-kevésbé hozzáférhetővé tételét a transzkripció számára) vagy a hídképzést, hogy stabilizálja más koregulátor fehérjék kötődését. A nukleáris receptorok specifikusan kötődhetnek számos koregulátor fehérjéhez, és így közvetlenül és közvetve is befolyásolhatják a celluláris jelátviteli mechanizmusokat [14] .
Az agonista ligandumok (lásd az alábbi részt) nukleáris receptorokhoz kötődése olyan receptorkonformációt indukál, amely elsősorban a koaktivátor fehérjékhez kötődik. Ezek a fehérjék gyakran intrinsic hiszton acetiltranszferáz (HAT) aktivitással rendelkeznek, ami gyengíti a hisztonok DNS-sel való asszociációját, és ezért elősegíti a géntranszkripciót.
Az antagonista ligandumok nukleáris receptorokhoz való kötődése ezzel szemben olyan receptor konformációt indukál, amely elsősorban a korepresszor fehérjékhez kötődik. Ezek a fehérjék viszont hiszton-dezacetilázokat (HDAC) toboroznak, amelyek fokozzák a hiszton DNS-sel való asszociációját, és ezáltal elnyomják a géntranszkripciót.
Az érintett receptortól, a ligandum kémiai szerkezetétől és a kezelt szövettől függően a nukleáris receptor ligandumok drámaian változatos hatást fejthetnek ki, az agonizmustól az antagonizmuson át az inverz agonizmusig. [tizenöt]
Az endogén ligandumok (például az ösztradiol és a tesztoszteron hormonok ) aktivitása, ha a rokon nukleáris receptoraikhoz kötődnek, általában fokozott génexpressziót eredményez . A génexpressziónak ezt a ligandum általi stimulálását agonista válasznak nevezik . Az endogén hormonok agonista hatásait egyes szintetikus ligandumok, például a dexametazon gyulladáscsökkentő gyógyszer is utánozhatják . Az agonista ligandumok egy receptor konformációt indukálnak, amely elősegíti a koaktivátor kötődését (lásd a jobb oldali ábra felső felét).
Más szintetikus nukleáris receptor ligandumok endogén ligandum hiányában nem gyakorolnak jelentős hatást a géntranszkripcióra . Ugyanakkor blokkolják az agonista hatását azáltal, hogy kompetitív módon kötődnek a nukleáris receptor azonos kötőhelyéhez. Ezeket a ligandumokat antagonistáknak nevezzük. A nukleáris receptor antagonista gyógyszerre példa a mifepriston , amely a glükokortikoid- és progeszteronreceptorokhoz kötődik, és ezért blokkolja a kortizol és a progeszteron endogén hormonok aktivitását. Az antagonista ligandumok úgy működnek, hogy olyan receptorkonformációt indukálnak, amely megakadályozza a koaktivációt és elősegíti a korepresszor kötődését (lásd a jobb oldali ábra alsó felét)
Végül, egyes nukleáris receptorok elősegítik az alacsony szintű géntranszkripciót agonisták hiányában (ezt alap- vagy konstitutív aktivitásnak is nevezik). Azokat a szintetikus ligandumokat, amelyek csökkentik a nukleáris receptor aktivitás ezen alapszintjét, inverz agonistáknak nevezik. [16]
Számos, a nukleáris receptorokon keresztül ható gyógyszer egyes szövetekben agonista választ, más szövetekben pedig antagonista választ mutat. Az ilyen viselkedés jelentős előnyökkel járhat, mivel lehetővé teszi a gyógyszer kívánt előnyös terápiás hatásainak fenntartását, miközben minimalizálja a nem kívánt mellékhatásokat. Az ilyen vegyes agonista/antagonista hatásprofilú gyógyszereket szelektív receptormodulátoroknak (SRM-eknek) nevezik. Ilyenek például a szelektív androgénreceptor-modulátorok (SARM-ok), a szelektív ösztrogénreceptor- modulátorok (SERM-ek ) és a szelektív progeszteronreceptor-modulátorok (SPRM-ek). Az SRM-ek hatásmechanizmusa a ligandum és az érintett receptor kémiai szerkezetétől függően változhat, azonban sok SRM-ről úgy gondolják, hogy elősegíti az agonizmus és antagonizmus között szoros egyensúlyban lévő receptorkonformációt. Azokban a szövetekben, ahol a koaktivátor fehérjék koncentrációja magasabb, mint a korepresszoroké, az egyensúly az agonisták felé tolódik el. Ezzel szemben azokban a szövetekben, ahol a korepresszorok dominálnak, a ligandum antagonistaként viselkedik. [17]
Alcsalád | Csoport | Tag | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
NRNC szimbólum | Rövidítés | Név | Gén | Ligandum(ok) | ||||
egy | Pajzsmirigyhormon-receptor-szerű | A | pajzsmirigyhormon receptor | NR1A1 | TRα | Pajzsmirigyhormon receptor-α | THRA | Pajzsmirigy hormonok |
NR1A2 | TRβ | Pajzsmirigyhormon receptor-β | THRB | |||||
B | retinsav receptor | NR1B1 | RARα | Retinsav-α receptor | RARA | A- vitamin és rokon vegyületek | ||
NR1B2 | RARβ | Retinsav-β receptor | RARB | |||||
NR1B3 | RARγ | Retinsav-γ receptor | RARG | |||||
C | A peroxiszóma proliferátor által aktivált receptorok | NR1C1 | PPARa | Peroxiszóma proliferátor által aktivált receptor-α | PPARA | Zsírsavak , prosztaglandinok | ||
NR1C2 | PPAR-β/δ | Peroxiszóma proliferátor által aktivált receptor-β/δ | PPARD | |||||
NR1C3 | PPARy | Peroxiszóma proliferátor által aktivált receptor-γ | PPARG | |||||
D | Rev-ErbA | NR1D1 | Rev-ErbAα | Rev-ErbAα | NR1D1 | drágaköveket | ||
NR1D2 | Rev-ErbAβ | Rev-ErbAα | NR1D2 | |||||
E | E78C ( ízeltlábúak , trematodák , puhatestűek, fonálférgek) [18] [19] |
NR1E1 | Eip78C | Ecdizon-indukált 78C fehérje | Eip78C | |||
F | RAR-ral kapcsolatos árva receptor | NR1F1 | RORα | RAR-ral kapcsolatos árva receptor-α | RORA | Koleszterin , Tretinoin | ||
NR1F2 | RORβ | RAR-ral kapcsolatos árva receptor-β | RORB | |||||
NR1F3 | RORγ | RAR-ral kapcsolatos árva receptor-γ | RORC | |||||
G | CNR14 (fonálférgek) [18] | NR1G1 | szex-1 | Szteroid hormon receptor cnr14 [20] | szex-1 | |||
H | X receptorok a májban | NR1H1 | EcR | Ecdizon receptor, EcR (ízeltlábúak) | EcR | ekdiszteroidok | ||
NR1H2 | LXRβ | A máj X receptorai-β | NR1H2 | Oxiszterolok | ||||
NR1H3 | LXRA | Máj-α X receptorok | NR1H3 | |||||
NR1H4 | FXR | farnezoid X receptor | NR1H4 | |||||
NR1H5 [21] | FXR-β | farnezoid X receptor-β (pszeudogén emberben) |
NR1H5P | |||||
én | D-vitamin receptorok | NR1I1 | VDR | D-vitamin receptor | VDR | D-vitamin | ||
NR1I2 | PXR | Terhes X receptor | NR1I2 | xenobiotikumok | ||||
NR1I3 | AUTÓ | Konstitutív androsztán receptor | NR1I3 | androsztán | ||||
J | Hr96 [18] | NR1J1 | Hr96/ Daf-12 | Nukleáris hormon receptor HR96 | Hr96 | Koleszterin / dafakronsav [22] | ||
NR1J2 | ||||||||
NR1J3 | ||||||||
K | Hr1 [18] | NR1K1 | Hr1 | Nukleáris hormon receptor HR1 | ||||
2 | Retinoid X-receptorszerű | A | A hepatociták nukleáris faktora -4 | NR2A1 | HNF4α | Hepatocita nukleáris faktor-4-α | HNF4A | Zsírsav |
NR2A2 | HNF4γ | Hepatocita nukleáris faktor -4-γ | HNF4G | |||||
B | Retinoid X receptor | NR2B1 | RXRa | Retinoid X receptor-α | RXRA | Retinolok | ||
NR2B2 | RXRβ | Retinoid X-receptor-β | RXRB | |||||
NR2B3 | RXRγ | Retinoid X-receptor-γ | RXRG | |||||
NR2B4 | USP | Protein Ultraspiracle (ízeltlábúak) | usp | foszfolipidek | ||||
C | Herékreceptor | NR2C1 | TR2 | A herereceptor 2 | NR2C1 | |||
NR2C2 | TR4 | A herereceptor 4 | NR2C2 | |||||
E | TLX/PNR | NR2E1 | TLX | Drosophila gén homológja | NR2E1 | |||
NR2E3 | UTOLSÓ VISSZAFORDULÁSI PONT | A fotoreceptor sejtek nukleáris receptora | NR2E3 | |||||
F | CUP / FÜL | NR2F1 | COUP-TFI | Csirke ovalbumin - promoter I. transzkripciós faktor | NR2F1 | |||
NR2F2 | PUCS-TFII | Csirke ovalbumin - promoter transzkripciós faktor II | NR2F2 | Retinsav [23] | ||||
NR2F6 | FÜL-2 | V-erbA rokon gén | NR2F6 | |||||
3 | ösztrogénreceptor-szerű | A | ösztrogén receptor | NR3A1 | ERα | Ösztrogén receptor-α | ESR1 | Ösztrogének |
NR3A2 | ERβ | Ösztrogén receptor-β | ESR2 | |||||
B | Ösztrogén-kapcsolt receptor | NR3B1 | ERRα | Ösztrogén-kapcsolt receptor-α | ESRRA | |||
NR3B2 | ERRβ | Ösztrogén-kapcsolt receptor-β | ESRRB | |||||
NR3B3 | ERRγ | Ösztrogén-kapcsolt receptor -γ | ESRRG | |||||
C | 3-ketoszteroid receptorok | NR3C1 | GR | Glükokortikoid receptor | NR3C1 | kortizol | ||
NR3C2 | ÚR | Mineralokortikoid receptor | NR3C2 | aldoszteron | ||||
NR3C3 | PR | progeszteron receptor | PGR | progeszteron | ||||
NR3C4 | AR | Androgén receptor | AR | tesztoszteron | ||||
D | Ösztrogénreceptor-szerű ( Lophotrochozoa -ban ) [24] |
NR3D | ||||||
E | Ösztrogénreceptor-szerű ( cnidároknál ) [25] |
NR3E | ||||||
F | Ösztrogénreceptor-szerű ( lamellárisan ) [25] |
NR3F | ||||||
négy | Ideg növekedési faktor IB-szerű | A | NGFIB/NURR1/NOR1 | NR4A1 | NGFIB | Ideg növekedési faktor IB | NR4A1 | |
NR4A2 | NURR1 | Nukleáris receptorhoz kapcsolódó fehérje 1 | NR4A2 | |||||
NR4A3 | NOR1 | Neuronális árva receptor 1 | NR4A3 | |||||
5 | Szteroidogén faktor-szerű |
A | SF1/LRH1 | NR5A1 | SF1 | Szteroidogén faktor 1 | NR5A1 | Foszfatidil-inozitolok |
NR5A2 | LRH-1 | Máj-1 receptor homológ | NR5A2 | Foszfatidil-inozitolok | ||||
B | Hr39-szerű | NR5B1 [18] | HR39/ FTZ-F1 | Nukleáris hormon receptor faktor fushi tarazu I béta | 39 óra | |||
6 | Nukleáris csírasejt-faktor-szerű | A | GCNF | NR6A1 | GCNF | csírasejt nukleáris faktor | NR6A1 | |
7 | NR két DNS-kötő doménnel [18] (laposférgek, puhatestűek, ízeltlábúak) |
A | 2DBD-NRa | NR7A1 | ||||
B | 2DBD-NRp | NR7B1 | ||||||
C | 2DBD-NRy | NR7C1 | ízeltlábúak "α/β" | |||||
nyolc | NR8 [26] ( Eumetazoans ) | A | NR8A | NR8A1 | CgNR8A1 | Nukleáris receptor 8 | AKG49571 | |
0 | Vegyes (nincs LBD vagy DBD) | A | knr/knrl/egon [18] (ízeltlábúak) | NR0A1 | KNI | A fehérje csomópontok zigotikus szakadása | knl | |
B | DAX/SHP | NR0B1 | DAX1 | Dózisérzékeny nemi megfordítás, a mellékvese hypoplasia kritikus régiója, X kromoszómán, 1. gén | NR0B1 | |||
NR0B2 | SHP | Kis heterodimer partner | NR0B2 |