Androgenní receptor , neboli androgenní receptor ( angl. androgen receptor, AR ), neboli NR3C4 je jeden z receptorů steroidních hormonů , aktivovaný androgeny – testosteronem nebo dihydrotestosteronem [2] . Odkazuje na podrodinu 3, skupinu C (gen 4) z rodiny jaderných receptorů , které mohou přímo interagovat s jadernou DNA [3] [4] . Androgenní receptor je aktivován vazbou na androgeny v cytoplazmě a poté přenesen do jádra .
Androgenní receptor je transkripční faktor , který reguluje genovou expresi [5] interakcí s DNA a také plní další funkce nesouvisející s interakcí s DNA [6] . Geny regulované androgeny prostřednictvím AR jsou zásadní pro vývoj a udržení mužského fenotypu [7] .
U lidí je androgenní receptor kódován genem AR umístěným na chromozomu X v lokusu Xq11.2-12 [8] [9] .
V roce 1953 John Morris , porodník na Yale University , ohlásil 82 jedinců, kteří měli ženský fenotyp , přestože měli varlata . Následně provedené endokrinologické , patofyziologické , biochemické a molekulárně biologické studie umožnily prokázat, že tento fenotyp je způsoben syndromem androgenní necitlivosti . Tyto studie objasnily roli androgenů při určování pohlaví mužů , mechanismy účinku androgenů a strukturu a funkci androgenních receptorů [10] .
Gen lidského androgenního receptoru ( AR ) se nachází na dlouhém rameni chromozomu X v lokusu Xq11.2-12, s 5' koncem genu obráceným k centromeře . Nukleotidová sekvence genu obsahuje 90 tisíc párů bází [11] a zahrnuje 8 exonů . Jejich strukturní organizace je podobná genům jiných receptorů steroidních hormonů. Exon 1 kóduje N-terminální doménu (NTD) proteinu, exony 2 a 3 centrální DNA - vazebnou doménu (DBD) a exony 4–8 C-terminální doménu. V různých buněčných liniích byly identifikovány 2 alternativní formy AR mRNA , 8,5 kb a 11 kb, v daném pořadí ; jsou výsledkem alternativního sestřihu 3′ nepřeložené oblasti . Nebyly nalezeny žádné strukturální a funkční rozdíly mezi produkty translace těchto mRNA, nicméně je možné, že přítomnost té či oné formy mRNA v konkrétní tkáni je určena specifickými tkáňovými regulátory. V prostatě a fibroblastech kůže pokrývajících genitálie je exprimována převážně delší mRNA [4] . Gen AR obsahuje 2 polymorfní oblasti sestávající z trinukleotidových repetic kódujících polyglutaminové a polyglycinové oblasti N-terminální transaktivační domény receptoru (podrobnosti viz #Structure ) [ 12] [11] .
Struktura genu AR je u savců konzervativní , od hlodavců po lidi. Gen je lokalizován na chromozomu X u jiných savců, jako jsou vačnatci a monotremy , což může odrážet vazbu mezi AR a jinými syntetickými geny [11] .
První exon AR obsahuje několik oblastí s opakovanými sekvencemi. Nejpozoruhodnější z těchto repetic začíná na kodonu 58 a skládá se z 21 ± 2 repetic tripletu CAG, protože u Kennedyho syndromu právě v tomto často dochází ke zvýšení počtu repetic CAG [13] . CAG repetice jsou evolučně konzervované : krysy a myši mají krátké oblasti CAG repetic odpovídající podobné oblasti lidského AR genu , který kóduje polyglutaminovou oblast androgenního receptoru, počínaje pozicí 57. CAG repetice oblast také existuje v AR geny primátů a jeho délka je menší než u druhů vzdálenějších od člověka. Stejně jako jiné geny s oblastmi repetice CAG se délka této oblasti v AR značně liší v důsledku DNA polymerázy na templátu, takže celkový počet replikovaných tripletů CAG se může lišit. Počet opakování CAG se pohybuje od 14 do 35 a může souviset s etnikem a rasou. Délka polyglutaminové oblasti AR, kódovaná repeticemi CAG, může ovlivnit aktivitu receptoru a ovlivnit riziko rozvoje karcinomu prostaty [11] .
Transkripce genu AR závisí na typu buňky a v některých tkáních také na věku. Kromě toho jsou hladiny AR mRNA regulovány androgeny a dalšími steroidními hormony. Promotor genu AR nemá typické boxy TATA a CAAT . Na rozdíl od většiny genů postrádajících TATA box obsahuje 5'-nepřekládaná oblast AR sekvence bohaté na GC, které se vážou na transkripční faktor Sp1 . Kromě Sp1 je exprese AR pozitivně regulována proteiny jako CREB a C-myc a negativně transkripčním faktorem NF-κB a konstitutivně aktivním faktorem NF-1 [14] . Gen AR může být transkribován z alespoň dvou různých promotorů, jejichž aktivita závisí na typu buňky. Studie krysích AR promotorů prokázaly více vazebných míst pro různé transkripční koaktivátory . AR je exprimován v široké škále tkání, které nemají vztah k primárním a sekundárním pohlavním orgánům, což je v souladu s jeho mnohostrannými účinky. Opravdu je těžké najít tkáň, která neexprimuje alespoň malé množství AR (výjimkou je slezina ). V krysích játrech byla také odhalena závislost úrovně exprese AR na věku, což je způsobeno vazbou různých transkripčních faktorů na specifické cílové sekvence v promotoru AR [11] .
U potkanů obsahuje promotor AR palindromické DNA sloužící jako vazebná místa pro androgenní receptor, glukokortikoidní receptor a progesteronový receptor. V tomto ohledu existuje negativní zpětná vazba , která reguluje transkripci AR prostřednictvím samotného AR. Kastrace vede ke zvýšení hladiny AR mRNA , ale tento efekt je při užívání androgenů eliminován. Exprese AR u potkanů je negativně regulována androgeny a gonadotropinovým folikuly stimulujícím hormonem a tato regulace může být zprostředkována cyklickým AMP , pro který existuje odezvový prvek v promotoru AR [11] .
Konzervatismus některých segmentů genu AR během evoluce odráží kritický význam těchto segmentů pro fungování molekuly receptoru. Nejzachovalejší oblastí je DBD, která se v sérii od žáby Xenopus po člověka prakticky nezměnila; navíc doména vázající ligand (LBD) a pantová ( angl . pantová ) oblast vykazují vysoký konzervatismus. Protože se AR vážou na velmi podobné ligandy v různých organismech, konzervované kodony 12-43 LBD odpovídají místu vázajícímu ligand. Mutace ovlivňující LBD vedou k syndromu necitlivosti vůči androgenům, který se vyskytuje u široké škály druhů obratlovců, od žab po člověka. Kromě toho je pantová oblast, zejména její N-terminální doména, také vysoce konzervovaná, od žab po hlodavce. V NTD, kódovaném prvním exonem, počínaje kodonem 539, existuje jen malá nebo žádná ochrana od hlodavců po lidi. Sekvenční analýza v kodonu 1 až 53 a kodonu 360 až 429 však ukázala, že kódují oblast proteinu, která je konzervovaná napříč organismy. Tyto oblasti jsou důležité pro dimerizaci AR a jejich konzervatismus odráží funkční podobnost AR u všech primátů [11] .
Dvě různé izoformy androgenního receptoru, AR-A a AR-B, byly poprvé popsány u lidí v genitálních kožních fibroblastech . AR-A má hmotnost 87 kDa a má zkrácenou N-koncovou doménu ve srovnání s izoformou AR-B (110 kDa). Jinak jsou tyto izoformy identické. Předpokládá se, že translace AR-A začíná od prvního vnitřního methioninového zbytku (Met-188) na stejném transkriptu, ze kterého je translatována úplná forma AR-B. Obě izoformy jsou exprimovány v různých tkáních embryí i dospělých (jak mužů, tak žen), ale nejhojnější exprese je pozorována v reprodukčních tkáních. Poměr AR-B:AR-A se v různých tkáních liší a je různý v různých fázích vývoje. V temenní kosti vyvíjejícího se plodu je hladina AR-B relativně nízká, kdežto AR-A zde nebyl nalezen vůbec. Obě izoformy byly nalezeny v lidských osteoblastech . Není známo, zda se tyto izoformy mohou podílet na různých signálních drahách u lidí, ale zdá se, že jejich funkce se liší [15] .
Několik izoforem AR bylo také nalezeno u jiných obratlovců. V hrtanu žáby Xenopus laevis byly popsány dvě různé izoformy AR, které se liší v N-terminální doméně (AR a a AR p). Exprese AR β je spojena s proliferací a diferenciací laryngeálních svalů u juvenilních jedinců a chrupavek u mužů, zatímco exprese AR α je udržována v průběhu následujících vývojových stádií. Dvě různé formy AR (AR1 a AR2) byly také nalezeny u ryb Micropogonias undulatus . U této ryby se dvě izoformy AR liší ve vazebné afinitě k agonistům, fyzikálních vlastnostech a distribuci v tkáních. AR1 je exprimován primárně v mozku , zatímco AR2 je exprimován v mozku, vaječnících a varlatech . AR2 má vysokou afinitu k široké škále androgenů, zatímco AR2 se může vázat pouze na testosteron. Tyto údaje naznačují, že u X. laevis a M. undulatus plní dvě různé formy androgenních receptorů různé funkce v cílových tkáních [15] .
Stejně jako jiné jaderné receptory se androgenní receptor skládá z C-koncové α-helikální globulární domény odpovědné za vazbu ligandu a dimerizaci, která je spojena prostřednictvím pantu s druhou α-helikální globulární doménou odpovědnou za specifickou vazbu DNA a dimerizaci, a plastické hmoty. N-terminální doména s variabilní strukturou, která se v některých případech podílí na regulaci transkripce [16] . N-terminální doména, která obsahuje funkční aktivační místo 1 (AF-1) mezi zbytky 101-370, potřebné pro plnou ligandem aktivovanou transkripční aktivitu, funkční aktivační místo 5 (AF-5) mezi zbytky 360-485, zodpovědné za konstitutivní aktivitu ( aktivita bez navázaného ligandu) [17] a dimerizační povrch zahrnující zbytky 1–36 (obsahující motiv FXXLF , kde F je fenylalanin , L je leucin a X je jakýkoli aminokyselinový zbytek) a 370–494 (oba tyto povrchy interagují s LBD v intramolekulární [18] [19] [20] interakci hlava-ocas [21] [22] [23] ). Pantová oblast obsahuje ligand-dependentní jaderný lokalizační signál [24] . Ligand vazebná doména (LBD) obsahuje funkční aktivační místo 2 (AF-2) zodpovědné za aktivitu indukovanou agonistou (aktivita v přítomnosti navázaného agonisty). AF-2 se váže buď intramolekulárně na N-terminální motiv FXXFL nebo na koaktivátorové proteiny (obsahující motivy LXXLL nebo výhodně FXXFL) [23] . Navíc LBD obsahuje ligand-dependentní jaderný exportní signál [25] .
N-terminální doménaN-terminální doména androgenního receptoru (NTD) je kódována exonem 1 a obsahuje dvě hlavní funkční místa aktivace transkripce a několik strukturních subdomén. Stejně jako jiné receptory steroidních hormonů není NTD AR přirozeně uspořádaný a existuje v mnoha různých konformačních variantách. Jeho struktura je roztavená globule , která je schopna tvořit spirálové sekce. Mezi jeho 539 aminokyselinami jsou dvě nezávislá funkční aktivační místa: AF-1 (umístěný mezi zbytky 103-372), který je nezbytný pro transaktivaci plné formy AR, a AF-5 (umístěný mezi zbytky 362-486), který je vyžadována pro transaktivaci konstitutivně aktivní AR postrádající doménu vázající ligand (LBD). Nyní je známo, že AF-5 interaguje s doménami bohatými na glutamin kofaktorů rodiny p160, jako jsou SRC-1 a TIF2 / GRIP1 (více o interakcích AR s jinými proteiny viz ) [4] .
Další funkcí NTD AR je jeho vazba na LBD umístěný na C-konci (N/C interakce). Následující oblasti NTD jsou nutné pro vazbu k LBD: prvních 36 aminokyselin a aminokyseliny 372-495. Hormonálně závislá interakce NTD s LBD může hrát roli při stabilizaci dimeru AR a stabilizaci komplexu ligand-receptor, zpomalení rychlosti disociace ligandu a snížení degradace receptoru. Agonisté, jako je testosteron a dihydrosteron, ale nikoli antagonisté (např. hydroxyflutamid a bicalutamid), indukují N/C interakci v plné AR formě. Pomocí metody fluorescenčního rezonančního přenosu energie (FRET) bylo prokázáno, že intramolekulární N/C interakce začíná v cytoplazmě krátce po navázání na hormon a v jádře během dimerizace receptoru dochází k další N/C interakci, tentokrát intermolekulární (mezi dvěma molekulami AR ). K N/C interakci dochází převážně v mobilních AR, kde chrání vazebné místo koaktivátoru před zbytečnými interakcemi protein-protein. Po navázání na DNA se intramolekulární N/C vazba přeruší, což umožní navázání různých kofaktorů na receptor. Některé mutace v LBD u pacientů se syndromem androgenní necitlivosti narušují normální interakci NTD s LBD, což brání androgenu ve vazbě na receptor [4] .
NTD, nejméně konzervovaná doména AR; podíl aminokyselinových zbytků odpovídajících lidským a potkaním NTD AR je pouze 20 % [11] .
DNA-binding domainDNA-vazebná doména (DBD) je nejkonzervovanější AR doména: podobnost mezi lidskými a potkaními DBD aminokyselinovými sekvencemi dosahuje 100 %. Koincidence aminokyselinových sekvencí mezi DBD AR a progesteronovým receptorem dosahuje 79 %, glukokortikoidního receptoru - 76 % a estrogenu - 56 % [11] . Obsahuje 70 aminokyselinových zbytků a je kódován exony 2 a 3. Vyznačuje se velkým podílem esenciálních aminokyselin a devíti konzervovanými cysteinovými zbytky. DBD má kompaktní globulární strukturu se třemi odlišnými substrukturami: dvěma zinkovými klastry a méně hustě zabaleným C-terminálním rozšířením (CTE). Oba zinkové klastry obsahují jeden atom zinku, který prostřednictvím koordinačních vazeb interaguje se čtyřmi cysteinovými zbytky. Každý zinkový klastr je lemován α-šroubovicí z C-konce. Tyto dva zinkové klastry jsou strukturálně a funkčně odlišné a kódované různými exony. α-helix zinkového klastru nejblíže k N-konci přímo interaguje se specifickými sekvencemi v DNA. Tři klíčové aminokyseliny jsou zodpovědné za specifické rozpoznání těchto prvků odezvy v DNA ( zbytky glycinu , serinu a valinu ), které dohromady tvoří takzvaný P-box (z „proximální“ - blízký) (další podrobnosti o interakci AR s DNA, viz ). Zdá se, že druhý zinkový klastr je zapojen do interakcí protein-protein (např. dimerizace) a nazývá se D-box (od „distální“ – vzdálený) [4] .
Odklápěcí sekceMezi doménou vázající DNA a doménou vázající ligand je nekonzervativní pantová oblast, jejíž velikost se liší pro různé receptory steroidních hormonů. Je kódován exonem 4. Lze si ho představit jako flexibilní linker mezi doménou vázající ligand a zbytkem molekuly. Pantová oblast je důležitá pro jadernou lokalizaci a obsahuje odpovídající signál. Některé korepresory AR se navíc mohou vázat na oblast pantu. Navíc může být AR acetylován na motivu [KLLKK] v pantové oblasti [4] .
Ligand-binding domainLigand binding domain ( LBD ) je po DBD druhou nejkonzervativnější doménou androgenního receptoru, kódovanou exony 5-8. Tato doména je tvořena přibližně 250 aminokyselinovými zbytky na C-konci AR. Prostorová struktura lidského AR byla stanovena v komplexu se syntetickým agonistou methyltrienolonem (R1881) a dihydrosteronem . Jeho prostorové složení odpovídá typickým doménám vázajícím ligand jaderných receptorů, ačkoli identita aminokyselinové sekvence s některými jinými receptory steroidních hormonů může být až 20 %. LBD těchto receptorů zahrnuje 12 α-helixů (podle některých zdrojů je šroubovice 2 u AR špatně rozlišitelná). Vazebná kapsa obsahuje 18 aminokyselinových zbytků, které interagují více či méně přímo s ligandem. Zbytky glutaminu 711, methioninu 745, argininu 752 se váží na cyklus A steroidního ligandu, zatímco leucin 704 a asparagin 705 se váží na jeho C-kruh. V tomto ohledu jsou v kontaktu s navázaným ligandem hlavně šroubovice 4, 5 a 10. Vazebná kapsa má určitou flexibilitu a může se vázat na ligandy, které mají různé struktury. Při navázání ligandu šroubovice 12 uzavře kapsu a "uzavře" ligand uvnitř. Když se receptor naváže na antagonistu, helix 12 se stáhne, kde interferuje s vazbou koaktivátorů ve speciální drážce vytvořené na LBD po navázání na hormon. V AR se po navázání na ligand nejen uzavře vazebná kapsa šroubovicí 12, ale také se uzavře drážka, která zajišťuje vazbu LBD na NTD. Některé koaktivátory se mohou vázat na tento žlábek, ale většina koaktivátorů se váže na AR v oblasti NTD [4] [11] .
LBD také obsahuje funkční aktivační místo, AF-2. Jeho práce v LBD je přísně závislá na přítomnosti koaktivátorů jaderných receptorů. Experimenty in vivo prokázaly příznivou funkční ligand-dependentní interakci mezi AF-2 a NTD [4] (AF-2 interaguje v motivu FXXFL u NTD). AF-2 může také interagovat s koaktivátorovými proteiny obsahujícími motivy LXXLL nebo výhodně FXXFL [23] .
Na povrchu LBD byla nalezena speciální regulační štěrbina zvaná BF-3. Zahrnuje zbytky Ile -673, Phe -674, Pro -724 , Gly - 725, Asn -728, Phe-827, Glu -830, Asn-834, Glu-838 a Arg - 841. Při vazbě na BF-3 hormonu štítné žlázy trijodtyroninu (T3) a některých nesteroidních protizánětlivých léků poklesla transkripční aktivita AR a jeho schopnost vázat se na koaktivátory; důvody tohoto jevu stále nejsou jasné. Navíc některé mutace ovlivňující BF-3 vedou buď k syndromu androgenní necitlivosti (mutace se ztrátou funkce) nebo k rakovině prostaty (mutace měnící funkci). Mutační analýza ukázala, že některé z těchto aminokyselin jsou nutné pro transaktivaci AR. To však bylo zjištěno pouze v přítomnosti dihydrosteronu [4] .
Signální dráha androgenního receptoru zahrnuje následující kroky. Jakmile testosteron vstoupí do cílové buňky, váže se na androgenní receptor buď přímo, nebo po přeměně na metabolicky aktivnější formu, 5α-dihydrosteron (DHT), enzymem 5α- reduktázou [29] . DHT tvoří stabilnější komplex s AR a účinek komplexu AR-DHT je 3-10krát silnější než u komplexu AR-testosteron. Vazba ligandu na receptor v cytoplazmě způsobuje disociaci chaperonových komplexů (včetně proteinů tepelného šoku , jmenovitě Hsp70 , Hsp90 a p23 ), které jsou v klidu ve stavu vázaném na AR a chrání jej před degradace. Současně dochází v receptoru ke konformačním změnám a fosforylaci , v důsledku čehož dochází k jeho translokaci do jádra. Během těchto transformací se vytvoří vazebné místo s koaktivátory (AF-2 site) [4] [30] a doména LBD se přeskupí z třívrstvé, sendvičové struktury α-helixů do kompaktnější struktury. přesunutí C-terminální šroubovice (helix 12) do jádrové části proteinu [14] .
V jádře se komplex receptor-ligand váže na cílové sekvence DNA (androgen response elements, ARE), které jsou umístěny v promotorech cílových genů. Struktura ARE se liší v různých genech, díky čemuž může AR vykonávat mnoho regulačních funkcí v rámci stejného jádra. Přítomnost několika ARE přispívá ke zlepšení a větší specifičnosti interakce AR-DNA (ve skutečnosti jeden ARE obvykle poskytuje pouze malé množství aktivity). Kromě toho je specifičnost odpovědi promotoru na vazbu AR a zvýšenou interakci usnadněna přítomností dvou hlavních tříd ARE. Sekvence ARE první třídy jsou RG AACA -NGN- TG TNCT (AR se váže na podtržené guaninové zbytky ); druhým je RGGACA-NNA-AGCCAA (tato vazba zajišťuje spolupráci dvou sousedních receptorů vázaných na DNA a zvyšuje specificitu) [11] . Kromě toho jsou ARE zpravidla komplexními prvky a spolu s AR-vazebnými sekvencemi obsahují sekvence pro interakci s jinými transkripčními faktory [31] , včetně provozních transkripčních faktorů (Sp1, CCAAT a NF-1), (NF -kB, Ets a AP-1 ) a tkáňově specifické transkripční faktory. AR tedy také reguluje genovou expresi interakcí s různými transkripčními faktory [14] .
Vazba DNA poskytuje motiv dvou zinkových prstů v doméně DBD (aminokyselinové zbytky 550-624). Klíčovou roli v tomto procesu hrají dvě na sebe kolmé α-helixy. N-terminální šroubovice hraje roli rozpoznávacího prvku, a proto jsou jejími nejdůležitějšími zbytky glycin 568, serin 569 a valin 572, které dohromady tvoří tzv. P-box. Přítomnost P-boxu je také charakteristická pro řadu dalších receptorů steroidních hormonů, jmenovitě pro glukokortikoidní , mineralokortikoidní a progesteronové receptory . Kromě P-boxu je pro vazbu AR na DNA důležitých také 12 aminokyselinových zbytků umístěných v C-terminální šroubovici uvnitř jádra [ AR [14] .
Po navázání na DNA se androgenní receptor dimerizuje s druhou molekulou AR, čímž se vytvoří antiparalelní dimer [32] . Zatímco u některých receptorů steroidních hormonů bylo prokázáno, že tvoří homodimery v roztoku a krystalické formě, AR nemůže tvořit dimer in vitro [11] . Výsledný homodimer rekrutuje další proteiny ( RNA polymeráza II , další složky transkripčního aparátu - TBP , TAF , další obecné transkripční faktory (GTF) a další proteiny vázající DNA , například sérová odpověď faktor [33] ) prostřednictvím specifické interakce strukturálních motivů. To nakonec vede k aktivaci nebo supresi androgenních cílových genů [4] [30] .
Dosud bylo popsáno 146 cílových genů androgenních receptorů, včetně genů kódujících proteiny zapojené do skládání proteinů , buněčného metabolismu, sekrece , cytoskeletální kontroly a intracelulární signalizace. Například AR pozitivně reguluje expresi prostatického specifického antigenu (PSA), probasinu, keratinocytového růstového faktoru (KGF), inhibitoru apoptózy p21 , cyklin-dependentních kináz 2 a 4 , receptoru inzulínu podobného růstového faktoru I ( IGF-1R ) [34] . AR downreguluje expresi inhibitoru buněčného cyklu p16 , což má za následek zvýšenou buněčnou proliferaci [35] a tumor supresorové geny kódující serpin a maspin [14] .
Ačkoli některé studie AR ukázaly, že k jeho vazbě ligandu dochází v cytoplazmě, je možné, že se endogenní AR skutečně hromadí v jádře. Intracelulární lokalizace AR může také záviset na typu buňky. Umístění AR v jádře je vysoce závislé na pantové oblasti a delece ovlivňující tuto oblast významně snižují ligandem indukovaný pohyb AR do jádra, i když ne zcela blokují signalizaci [4] .
Koregulátory androgenního receptoru jsou proteiny, které mohou zvýšit nebo potlačit účinek AR na transkripci. Bylo identifikováno více než 170 základních regulátorů AR, včetně aktivátorů a represorů. Některé koaktivátory, jako je c-jun nebo koaktivátor steroidního receptoru-2 ( SRC-2 ), se vážou na N-terminální doménu androgenního receptoru a podporují jeho dimerizaci. Je zajímavé, že nadměrná exprese nebo amplifikace genu SRC-2 je pozorována u 11 % karcinomů prostaty [30] . (Více o interakcích AR s jinými proteiny viz )
Androgenní receptor se může podílet na epigenetických procesech. Například AR může změnit specificitu LSD1 , enzymu , který ve své nepříbuzné formě s AR odstraňuje methylové skupiny z H3K4 ( zbytek lysinu 4 v histonu H3 ) a tím potlačuje transkripci cílového genu. . Po navázání na AR však LSD1 změní svou specificitu: komplex LSD1-AR demetyluje [ H3K9 místo H3K4 a tím spíše aktivuje než potlačuje transkripci. Kromě toho může AR získávat demetylázu JHDM2A, která demetyluje H3K9 a aktivuje transkripci , k promotorům cílových genů [36] .
Funkce androgenního receptoru není omezena na vazbu na specifické sekvence DNA v jádře. Zejména může rychle a nezávisle na pohlaví ovlivňovat signální dráhu Src / Raf-1 /Erk-2. Ukázalo se, že androgenní receptor je zapojen do zrání oocytů zprostředkovaného androgeny u žáby Xenopus prostřednictvím signální dráhy MAPK , nezávisle na transkripci [4] . Jak AR, tak estrogenový receptor se mohou vázat na homologní nebo heterologní ligandy v cytoplazmě a vykazovat inhibiční účinky na buněčnou smrt. Tyto účinky jsou však relativně malé ve srovnání s významnými účinky na buněčný růst, přežití a diferenciaci , které má komplex vázající ligand v jádře [11] .
U některých typů buněk testosteron interaguje přímo s androgenními receptory, zatímco u jiných je testosteron nejprve přeměněn enzymem 5-alfa reduktázou na dihydrotestosteron, ještě účinnějšího agonistu androgenního receptoru [ 29] . Testosteron se zdá být hlavním aktivačním hormonem androgenního receptoru ve vlčím vývodu , zatímco dihydrotestosteron je hlavním androgenním hormonem v genitourinárním sinu , urogenitálním tuberkulu a vlasových folikulech [37] . Testosteron je tedy primárně zodpovědný za vývoj mužských primárních sexuálních charakteristik , zatímco dihydrotestosteron je zodpovědný za vývoj sekundárních . Navíc bylo zjištěno, že polymorfismus v genu AR může být spojen s věkem podmíněnou mužskou plešatostí [38] .
Androgeny zpomalují zrání kostí , ale estrogen , který vzniká při aromatizaci androgenů , má na kosti ještě výraznější zpomalující účinek . U lidí, kteří užívají steroidy během dospívání, je možná retardace růstu z přebytku androgenů a / nebo estrogenů. Jedinci s příliš nízkou hladinou pohlavních hormonů mohou mít během puberty malou výšku, ale s přibývajícím věkem se jejich výška zvyšuje k normálu, jako je tomu v případě syndromu androgenní necitlivosti nebo syndromu necitlivosti na estrogen [39] .
Kromě toho studie na myších , kterým byl odstraněn gen AR ( knokautované myši ), ukázaly, že AR je nezbytný pro normální plodnost samic , protože je nezbytný pro vývoj a plné fungování ovariálních folikulů a ovulaci , působí jak intraovariálně , tak i neuroendokrinní mechanismy [40] .
Androgeny, které působí prostřednictvím androgenních receptorů, hrají klíčovou roli při udržování integrity mužské kostry. Regulace této integrity prostřednictvím signálních drah androgenního receptoru (AR) může zahrnovat jak osteoblasty , tak osteocyty [41] . Androgeny jsou důležité při regulaci aktivity a citlivosti na pohlavní hormony, udržování tělesné hmotnosti a určování postavy u obou pohlaví [42] .
Androgeny mají významný vliv na buňky cévního endotelu a hladké svaloviny cév a také na proces angiogeneze . Bylo zjištěno, že dihydrosteron vazbou na endoteliální buňky v nich indukuje expresi vaskulárního buněčného adhezního proteinu-1 ( VCAM-1 ), což zvyšuje vazbu monocytů na endotel. Kromě toho testosteron rychle zvyšuje produkci oxidu dusnatého ( NO ) v endoteliálních buňkách lidské aorty [ 43] .
Pro regulaci transkripce je nutné zaprvé zpřístupnit regulační elementy v promotorech pro vazbu remodelací chromatinu a zadruhé přitáhnout hlavní transkripční aparát k promotorům, aby se zvýšila iniciace a/nebo prodloužení transkripce. Potenciálně může androgenní receptor regulovat tyto dva procesy, což vede ke zvýšení obsahu mRNA cílového genu. Byly prokázány důkazy o hormonálně závislé remodelaci chromatinu v promotoru viru myšího nádoru mléčné žlázy ( MMTV ) spouštěném AR. Následně se ukázalo, že změny v topologii DNA a aktivaci genu závislé na AR vyžadují BRG-1 a podjednotku ATPázy komplexu SWI/SNF pro remodelaci chromatinu . Předpokládá se, že SWI/SNF není rekrutován přímo, ale pomocí koaktivátorů SRC a CREBBP (CBP), a přítomnost aktivity histonacetyltransferázy v posledně jmenovaném proteinu je důležitá pro aktivaci a stabilizaci SWI/SNF závislou na receptoru. Nejen histony , ale i samotný AR však mohou být acetylovány během operace AR pomocí koaktivátorových proteinů p300 a p300/CBP-associated factor ( PCAF ), stejně jako Tip60. Acetylace tedy může jak přímo aktivovat AR, tak „otevřít“ chromatin v cílových genech [14] .
Další posttranslační modifikace (jiné než acetylace), které mohou AR podstoupit, jsou fosforylace, methylace , ubikvitinace a sumoylace . Všechny tyto reakce jsou reverzibilní, takže je možná také defosforylace, demethylace, deubikvitinace a desumoylace. Asi 23 míst AR lze přímo upravit tak či onak. AR methylaci lze provést histon methyltransferázou SET9; ubikvitinace - RNF6. Na lysinových zbytcích dochází k methylaci, ubikvitinaci a sumoylaci . Je zajímavé, že většina fosforylačních míst leží v oblasti AR-NTD a AF-1; to potvrzuje, že tyto modifikace přímo modulují receptor-dependentní transaktivaci. Možnými mechanismy, které jsou za tím základem, jsou změny v interakcích protein-protein a/nebo změny ve struktuře a stabilitě proteinu [14] . AR může být fosforylován na serinových, threoninových a tyrosinových zbytcích, a to může být provedeno proteiny, jako je cyklin-dependentní kináza 9 (CDK9), MAPK, TFIIH (na serinových zbytcích ); Ack1 (pro tyrosinové zbytky ); kináza Aurora A (podle zbytků threoninu ) [4] .
Funkce AR může být potlačena cochaperonem BAG1 [44] ; faktor určující osud buněk DACH1 [45] ; DAXX [46] ; DJBP , který rekrutuje histondeacetylázu [47] ; glykogensyntáza kináza 3-p (GSK3B); histondeacetyláza 1 (HDAC1), která deacetyluje histony a interferuje s funkcí AR [48] ; SRY [49] . Doména vázající ligand AR a její N-konec mohou vázat beta-catenin [50] . Gelsolin , další koregulátor AR, se váže na receptory DBD a LBD [51] . Protein melanomového antigenu MAGEA11 reguluje fungování AR změnou interakce jeho domén [52] .
Bylo zjištěno, že AR může regulovat iniciaci transkripce cílových genů interakcí s jedním z běžných transkripčních faktorů, TFIIF . Kromě toho může AR interagovat s dalším transkripčním faktorem, P-TEFb . Vazebná místa pro tyto proteiny jsou v oblasti AF1. Stejná doména obsahuje vazebná místa pro androgenní receptor s proteiny, jako je rodina koaktivátorů p160, regulátor buněčného cyklu cyklin E1 , transkripční faktory SMAD3 a STAT3 , nový koaktivátor ART-27 a korepresor SMRT [14 ] .
Mnoho různých proteinů se také váže na oblast AR-NTD. Mezi nimi:
Shrneme-li to, můžeme říci, že AR-dependentní genová regulace sestává ze společného působení s dalšími transkripčními faktory (včetně tkáňově specifických) a četných interakcí s transkripčním aparátem [14] .
Endogenními agonisty AR jsou testosteron a dihydrosteron, přičemž dihydrosteron je výrazně silnější než testosteron. Známí jsou také syntetickí agonisté AR, například methyltrienolon [4] a derivát testosteronu andriol [53] . Agonisty AR lze použít jako anabolika [54] , v androgenní substituční terapii k léčbě mužského hypogonadismu a případně jako mužské antikoncepce [53] . Nedávné studie ukázaly, že vazba agonistů (stejně jako některých antagonistů) může změnit sekvenci DNA rozpoznávanou komplexem AR-ligand, což může být užitečné při léčbě například rakoviny prostaty [55] .
Antagonisté androgenního receptoru se často používají při léčbě onemocnění způsobených nadbytkem androgenu, jako je rakovina prostaty. Sloučeniny, které jsou úplnými nebo částečnými antagonisty androgenního receptoru, se nazývají antiandrogeny . Úplnými antagonisty AR jsou například nesteroidní sloučeniny hydroxyflutamid , nilutamid a bicalutamid . Některé steroidní sloučeniny, jako je cyproteronacetát a mifepriston , mají na AR antagonistické i agonistické účinky [4] . Progestiny ve vysokých dávkách mohou blokovat androgenní receptory [56] [57] , protože androgenní receptor je nejblíže příbuzný progesteronovým receptorům .
Selektivní modulátory androgenních receptorů (SARM) ovlivňují jak genomické, tak negenomické účinky androgenů prostřednictvím interakce s nimi v cytoplazmě. Vývoj takových sloučenin, které modulují biologickou aktivitu AR tkáňově specifickým způsobem, začal v roce 1999 [4] . V současné době probíhají klinické studie léků skupiny SARM enobosarm [58] , které působí především na kosti a svaly, a LGD-4033 [59] .
Vazba AR na antagonisty, agonisty a další modulátory v ní způsobuje konformační změny, v jejichž důsledku se mění soubor koregulátorů (koaktivátorů a korepresorů), se kterými může AR interagovat. Tkáňová specifičnost a selektivita působení konkrétního modulátoru je tedy vysvětlena jedinečným koregulátorem, se kterým může receptor po navázání na modulátor interagovat, a síla konečné odpovědi je určena hladinami určitých koaktivátorů a korepresorů [ 4] .
Různé mutace (obvykle missense mutace [11] ) androgenního receptoru, které brání intracelulární signalizaci přes AR při vazbě na testosteron, vedou k rozvoji stavu známého jako syndrom androgenní necitlivosti (AIS). U jedinců s AIS během embryonálního vývoje produkují Leydigovy buňky normální množství testosteronu, ale deriváty Wolffova vývodu , které dávají vznik prvkům mužského reprodukčního systému, zůstávají nedostatečně vyvinuté. Müllerovy vývody jsou zničeny působením anti-müllerovského hormonu vylučovaného Sertoliho buňkami . Varlata se nacházejí v břišní nebo tříselné oblasti a v postpubertálním období se vyznačují nezralými Leydigovými buňkami a semenotvornými tubuly s nezralými Sertoliho buňkami a primitivními gonocyty , jejichž vývoj nepřesahuje stadium spermatogonie . V některých případech u pacientek s plně vyvinutým AIS jsou vnější genitálie při narození v souladu s ženským fenotypem a jsou představovány slepě končícím vaginálním váčkem a vývoj prsou začíná během dospívání. V ostatních případech, kdy AIS není plně vyjádřen, jsou genitálie hypospadické a neodpovídají ani čistě mužskému, ani ženskému fenotypu. Konečně, u mírné AIS jsou pacienti charakterizováni relativně normálním mužským fenotypem a neplodností nebo svalovou atrofií v dospělosti v důsledku Kennedyho syndromu . V raném dětství a po pubertě mají pacienti s AIS plazmatické hladiny testosteronu, které odpovídají nebo mírně převyšují normální hladiny tohoto hormonu u mužů, stejně jako zvýšené hladiny luteinizačního hormonu . V podmínkách úplné nebo částečné necitlivosti na testosteron však začínají převažovat účinky estrogenu , který vzniká při aromatizaci testosteronu [60] .
Kennedyho syndrom, také známý jako spinobulbární (tj. spojený s míchou a prodlouženou míchou ) svalová atrofie , se vyvíjí, když se počet CAG repetic v AR zvýší na 40-62 repetic. U pacientů s Kennedyho syndromem se vyvinou progresivní neurologické deficity v důsledku degenerace motorických neuronů páteře a následné svalové slabosti; obvykle se onemocnění projevuje ve věku 40-60 let. Neurologické projevy Kennedyho syndromu se vysvětlují tím, že proteiny obsahující nadměrně dlouhé polyglutaminové oblasti indukují apoptózu neuronů , která je charakteristická pro mnoho neurodegenerativních onemocnění . Je zajímavé, že Kennedyho syndrom je často doprovázen androgenní necitlivostí, protože AR s příliš dlouhou polyglutaminovou oblastí nemůže normálně fungovat [11] .
Existuje dostatek důkazů spojujících androgenní receptor a kardiovaskulární onemocnění . Podle epidemiologických a klinických údajů působí androgeny jako nezávislé faktory vyšší náchylnosti k ateroskleróze u mužů prostřednictvím nepříznivých účinků na lipidy , krevní tlak a metabolismus glukózy . Existují důkazy, že androgeny se podílejí na předčasném rozvoji koronární insuficience u sportovců. Současně je nedostatek androgenů, zejména testosteronu, způsobený stárnutím u mužů nebo bilaterální ooforektomií u žen, spojen s výskytem hypertenze , diabetu , aterosklerózy a testosteronová substituční terapie se u těchto pacientů ukázala jako účinná. Při normálních fyziologických koncentracích může mít testosteron příznivý účinek na oběhový systém , zvyšuje antikoagulační aktivitu a může vykazovat antitrombotické účinky. Krátkodobé užívání testosteronu u mužů s koronární insuficiencí navíc snížilo ischemii myokardu a zlepšilo endoteliální vazomotorickou funkci. Údaje o účasti androgenů na ochraně před aterosklerózou však zůstávají kontroverzní [43] .
Pro vývoj a holistické fungování potřebuje prostata androgeny. Vrozená dysfunkce androgenního receptoru nebo 5-alfa reduktázy u mužů má za následek buď žádný nebo jen minimální vývoj prostaty. Totéž platí pro samce jiných zvířat. Jeden týden po kastraci prostata samců krys podléhá degeneraci v důsledku apoptózy epiteliálních buněk ( hladiny androgenů jsou nedostatečné k udržení integrity prostaty po odstranění varlat ). Mezi faktory, které stimulují rozvoj rakoviny prostaty, patří také androgeny. Studie na eunuchoidních jedincích ukázaly, že jejich prostata zůstává malá a nepodléhá hypertrofii nebo zhoubnému bujení. Navíc zvířecí modely karcinogeneze v prostatě vyžadují přítomnost varlat nebo exogenních androgenů pro podporu vývoje nádoru. U transgenních myší s nadměrnou expresí AR v prostatě se epiteliální buňky prostaty obnovují mnohem rychleji než normálně a prostatická intraepiteliální neoplazie ( maligní novotvar ) se u takových myší objevuje mnohem dříve. Ačkoli o potřebě androgenů pro rozvoj rakoviny prostaty není pochyb, je obtížné stanovit vztah mezi relativní hladinou androgenů v krvi a rizikem rozvoje rakoviny prostaty. Rasové rozdíly v hladinách cirkulujících androgenů byly navrženy k vysvětlení rozdílů ve výskytu a závažnosti rakoviny prostaty . Údaje o vztahu mezi hladinou androgenů v krvi a rizikem vzniku rakoviny prostaty jsou však velmi rozporuplné a v této otázce neexistuje žádné konečné rozhodnutí. Možná je nekonzistentnost údajů způsobena různou aktivitou androgenních receptorů, které mohou hrát mimořádně důležitou roli při vzniku karcinomu prostaty [11] .
Bylo prokázáno, že genetická diverzita v lokusu AR je spojena s rizikem rakoviny prostaty. Konkrétně bylo zjištěno, že počet repetic v oblasti repetice CAG je nepřímo úměrný aktivitě AR. Projev tohoto na buněčné úrovni je tkáňově specifický vzhledem k tomu, že polyglutaminová oblast v N-terminální doméně ovlivňuje interakci receptoru s p160 a dalšími koaktivátory. Různé studie prokázaly, že čím kratší je oblast repetice CAG v N-terminální AR doméně, tím je nádor agresivnější, tím dřívější je nástup rozvoje rakoviny a tím vyšší je pravděpodobnost recidivy. Jiné studie však poskytly odlišné údaje. Jiné změny v AR , jako například v 5' nepřeložené oblasti , byly spojeny s rizikem rakoviny prostaty , ale tyto souvislosti nebyly dosud vysvětleny. Na rozdíl od syndromu androgenní necitlivosti, u kterého bylo identifikováno mnoho kauzálních mutací, existuje jen málo mutací, které predisponují k rakovině prostaty. Jedna taková dědičná mutace (missense mutace) však byla nalezena ve Finsku [11] .
V buňkách rakoviny prostaty prochází gen AR někdy různými změnami. Bylo zjištěno, že buňky rakoviny prostaty, stejně jako buňky prostatického epitelu, ze kterého pocházejí, si zachovávají potřebu androgenů a v podmínkách nedostatku androgenů umírají. Ve skutečnosti v 80 % případů buňky rakoviny prostaty reagují na nepřítomnost androgenů. V podmínkách terapie zaměřené na snížení hladiny androgenů (například v důsledku kastrace) však může gen AR těchto buněk procházet určitými změnami. U 25–30 % pacientů, kteří takovou léčbu podstoupí, tedy dochází k amplifikaci genu AR , která zvyšuje počet androgenních receptorů v nádorových buňkách a pomáhá jim přežít v podmínkách nízké hladiny androgenů. V jiných případech vedou změny ke zvýšení citlivosti receptoru k endogenním agonistům, umožňují mu rozpoznat širší spektrum agonistů nebo snižují jeho citlivost k antiandrogenům [11] .
Jiné rakovinyAž do 70. let 20. století byla rakovina prsu s určitým úspěchem léčena androgeny (testosteron, dihydrosteron, fluoxymesteron ). Později se však ukázalo, že u žen trpících rakovinou prsu je zvýšená hladina androgenů v krvi. Rizikovou skupinou pro rakovinu prsu jsou skutečně ženy v pre- a postmenopauzálním období s vysokou hladinou estrogenů, testosteronu a nadledvinových androgenů v krvi. Studie na zvířecím modelu ukázala, že kombinovaná expozice estrogenu a testosteronu vyvolala proliferaci prsních buněk, nadměrnou expresi androgenního receptoru a aktivaci cílových genů estrogenu, z nichž všechny byly antiandrogenní terapií zrušeny. Vývoj antiandrogenů specifických pro karcinom prsu je však v plenkách, přestože přítomnost androgenních receptorů v této tkáni je známa již téměř 50 let [30] .
Je možné, že se androgenní receptory podílejí na vzniku karcinomu slinných žláz [61] . Kromě toho se předpokládá, že androgeny (zejména dihydrosteron) se podílejí na rozvoji rakoviny vaječníků [62] .