Jaderné receptory jsou třídou intracelulárních proteinů , které jsou zodpovědné za vnímání steroidních a tyreoidálních hormonů, stejně jako některých dalších molekul. Jedinečnou vlastností jaderných receptorů, která je odlišuje od jiných tříd receptorů, je jejich schopnost přímo interagovat s genomovou DNA a regulovat expresi sousedních genů, čímž řídí vývoj, homeostázu a metabolismus těla. Proto jsou tyto receptory klasifikovány jako transkripční faktory [2] . K regulaci genové exprese jadernými receptory obvykle dochází pouze tehdy, když je přítomen ligand , molekula, která ovlivňuje chování receptoru. Vazba ligandu na nukleární receptor má za následek konformační změnu v receptoru, která následně aktivuje receptor, což vede k upregulaci nebo downregulaci genové exprese.
Vzhledem ke své schopnosti přímo interagovat s genomickou DNA a řídit její expresi hrají jaderné receptory klíčovou roli jak v embryonálním vývoji, tak v homeostáze dospělých .
Jaderné receptory lze klasifikovat podle mechanismu [3] nebo homologie [4]
Jaderné receptory jsou specifické pro metazoa a nenacházejí se u prvoků, řas, hub nebo rostlin. Lidé, myši a potkani mají 48, 49 a 47 jaderných receptorů [5] .
Ligandy , které se vážou na jaderné receptory a aktivují je, zahrnují lipofilní látky, jako jsou endogenní hormony , vitamíny A a D a xenobiotické endokrinní disruptory . Vzhledem k tomu, že exprese velkého počtu genů je regulována jadernými receptory, mohou mít ligandy, které aktivují tyto receptory, silný účinek na tělo. Mnohé z těchto regulovaných genů jsou spojeny s různými nemocemi, což vysvětluje, proč se molekulární cíle přibližně 13 % léků schválených americkým Úřadem pro kontrolu potravin a léčiv zaměřují na jaderné receptory.
Řada jaderných receptorů, nazývaných sirotčí receptory , nemá žádné známé (nebo alespoň obecně přijímané) endogenní ligandy. Některé z těchto receptorů, jako je FXR , LXR a PPAR , vážou řadu metabolických meziproduktů , jako jsou mastné kyseliny , žlučové kyseliny a/nebo steroly , s relativně nízkou afinitou. Proto mohou tyto receptory fungovat jako metabolické senzory. [6] Zdá se, že jiné jaderné receptory, jako je CAR a PXR , působí jako xenobiotické senzory tím, že regulují expresi enzymů cytochromu P450 , které tato xenobiotika metabolizují. [7]
Většina jaderných receptorů má molekulové hmotnosti mezi 50 000 a 100 000 daltony . Jaderné receptory mají modulární strukturu a obsahují následující domény:
N-terminální (A/B), DNA-vazebné (C) a ligand-vazebné (E) domény jsou nezávisle dobře složené a strukturálně stabilní, zatímco pantové (D) a volitelné C-terminální (F) domény mohou být konformní – flexibilní a nevyzpytatelné. Relativní orientace domén se značně liší při porovnání tří známých multidoménových krystalových struktur, z nichž dvě se váží na DR1, jedna se váže na DR4. [osm]
Jaderné receptory jsou multifunkční proteiny, které signalizují jejich příbuzné ligandy . Nukleární receptory (NR) lze rozdělit do dvou širokých tříd podle jejich mechanismu účinku a subcelulární distribuce v nepřítomnosti ligandu. Malé lipofilní látky, jako jsou přirozené hormony, difundují přes buněčnou membránu a vážou se na jaderné receptory umístěné v cytosolu (NR typu I) nebo v jádře (NR typu II) buňky. Vazba indukuje konformační změnu v receptoru, která v závislosti na třídě receptorů spouští kaskádu následných událostí směřujících NR do míst regulace transkripce DNA, což vede k upregulaci nebo downregulaci genové exprese. Obvykle působí jako homo/heterodimery . [9] Kromě toho byly identifikovány dvě další třídy: typ III, což je varianta typu I, a typ IV, které vážou DNA jako monomery .
Podle mechanismu působení jsou jaderné receptory rozděleny do čtyř tříd:
Vazba ligandu na jaderné receptory typu I v cytosolu má za následek disociaci proteinů tepelného šoku , homodimerizaci , translokaci (tj. aktivní přenos) z cytoplazmy do buněčného jádra a vazbu na specifické sekvence DNA známé jako elementy hormonální odezvy . (LZZ). Jaderné receptory typu I se vážou na HRE sestávající ze dvou polovičních míst oddělených variabilní délkou DNA a druhé poloviční místo je invertované od prvního (invertovaná repetice). Jaderné receptory typu I zahrnují členy podrodiny 3, jako jsou androgenní receptory , estrogenové receptory , glukokortikoidní receptory , progesteronové receptory.
Bylo zaznamenáno, že některé jaderné receptory podrodiny 2 se mohou vázat na přímou repetici místo na invertovanou repetici HRE . Kromě toho se některé jaderné receptory vážou buď jako monomery , nebo jako dimery, přičemž pouze jedna receptorová DNA-vazebná doména je připojena k jednomu polovičnímu místu HRE. Tyto jaderné receptory jsou považovány za osiřelé receptory, protože jejich endogenní ligandy jsou stále neznámé.
Komplex jaderný receptor/DNA pak rekrutuje další proteiny, které přepisují DNA pod HRE do messenger RNA a případně do proteinu, což způsobí změnu funkce buňky.
Receptory typu II jsou na rozdíl od typu I zachovány v jádře bez ohledu na vazebný stav ligandu a navíc se vážou na DNA jako heterodimery (typicky RXR). V nepřítomnosti ligandu tvoří jaderné receptory typu II často komplexy s korepresorovými proteiny. Vazba ligandu na jaderný receptor způsobuje disociaci korepresoru a získávání koaktivátorových proteinů. Další proteiny, včetně RNA polymerázy, jsou poté rekrutovány do komplexu NR/DNA, který přepisuje DNA na messenger RNA.
Jaderné receptory typu II zahrnují hlavně podrodinu 1, jako je receptor kyseliny retinové, receptor retinoidu X a receptor hormonu štítné žlázy .
Jaderné receptory typu III (primárně podrodina 2 NR) jsou podobné receptorům typu I v tom, že se obě třídy vážou na DNA jako homodimery. Jaderné receptory typu III se však na rozdíl od typu I vážou na přímou repetici místo na invertovanou repetici HRE.
Jaderné receptory typu IV se váží jako monomery nebo dimery, ale pouze jedna doména vázající DNA receptoru se váže na jedno poloviční místo HRE. Příklady receptorů typu IV se nacházejí ve většině podrodin NR.
Nejběžnější mechanismus účinku jaderného receptoru zahrnuje jeho přímou vazbu na element hormonální odezvy DNA. Tento mechanismus se nazývá transaktivace . Některé jaderné receptory však mají schopnost se přímo vázat nejen na DNA, ale i na další transkripční faktory. Tato vazba často vede k deaktivaci druhého transkripčního faktoru v procesu známém jako transreprese . Jedním příkladem jaderného receptoru, který je schopen transreprese, je glukokortikoidní receptor (GR). Navíc některé GR ligandy, známé jako selektivní agonisté glukokortikoidních receptorů ( SEGRA ) , jsou schopny aktivovat glukokortikoidy takovým způsobem, že GR transrepresuje spíše než transaktivuje. Tato selektivita zvyšuje separaci mezi požadovanými protizánětlivými účinky a nežádoucími metabolickými vedlejšími účinky těchto selektivních glukokortikoidů. [deset]
Klasický přímý účinek jaderných receptorů na genovou regulaci obvykle trvá několik hodin, než se v buňkách projeví funkční účinek - kvůli velkému počtu mezikroků mezi aktivací jaderných receptorů a změnami v hladinách exprese proteinů. Bylo však pozorováno, že mnoho účinků jaderných hormonů, jako jsou změny v aktivitě iontových kanálů, nastává během několika minut, což není v souladu s klasickým mechanismem působení jaderných receptorů. Ačkoli molekulární cíl pro tyto negenomické účinky jaderných receptorů nebyl přesvědčivě prokázán, byla vyslovena hypotéza, že existují varianty jaderných receptorů, které jsou spíše membránově vázané než lokalizované v cytosolu nebo jádře. Kromě toho tyto receptory spojené s membránou fungují prostřednictvím alternativních mechanismů přenosu signálu , které nesouvisejí s genovou regulací.
Ačkoli bylo navrženo, že existuje několik receptorů jaderných hormonů spojených s membránou, ukázalo se, že kanonické jaderné receptory jsou vyžadovány pro mnoho rychlých účinků. Studiu genomických a negenomických mechanismů in vivo však brání nedostatek specifických molekulárních mechanismů negenomických účinků, které mohou být blokovány mutací receptoru, aniž by byl narušen jeho přímý účinek na genovou expresi.
Molekulární mechanismus pro negenomickou signalizaci prostřednictvím jaderného receptoru hormonu štítné žlázy TRp zahrnuje fosfatidylinositol 3-kinázu ( PI3K ). Tato signalizace může být blokována jedinou substitucí tyrosinu na fenylalanin v TR β bez narušení přímé genové regulace. Zdá se, že tento mechanismus je zachován u všech savců, ale ne u TRα nebo jakýchkoli jiných jaderných receptorů. Fosfotyrosin-dependentní asociace TRp s PI3K tedy poskytuje potenciální mechanismus pro integraci vývojové a metabolické regulace hormonu štítné žlázy a receptorových tyrosinkináz. Signalizace hormonů štítné žlázy prostřednictvím PI3K může navíc změnit genovou expresi [11] .
Jak je ukázáno ve velkých experimentech s dvouhybridními testy , lidské jaderné receptory jsou schopné dimerizace s mnoha dalšími jadernými receptory (homotypická dimerizace). [12] [13] Existuje však specifičnost: členové stejné podrodiny mají velmi podobné dimerizační partnery NR a základní dimerizační síť má určité topologické rysy, jako je přítomnost vysoce propojených rozbočovačů ( RXR a SHP).
Jaderné receptory spojené s prvky hormonální odezvy přitahují významný počet dalších proteinů (nazývaných koregulátory transkripce), které usnadňují nebo inhibují transkripci souvisejícího cílového genu do mRNA. Funkce těchto koregulátorů jsou různé a zahrnují remodelaci chromatinu (zpřístupnění cílového genu více či méně pro transkripci) nebo přemostění pro stabilizaci vazby jiných koregulačních proteinů. Jaderné receptory se mohou specificky vázat na řadu koregulačních proteinů, a tak přímo i nepřímo ovlivňovat mechanismy přenosu buněčného signálu [14] .
Vazba agonistických ligandů (viz část níže) na jaderné receptory indukuje konformaci receptoru, která přednostně váže koaktivátorové proteiny. Tyto proteiny mají často vnitřní aktivitu histon acetyltransferázy (HAT), která zeslabuje asociaci histonů s DNA, a proto podporuje genovou transkripci.
Vazba antagonistických ligandů na nukleární receptory naproti tomu indukuje receptorovou konformaci, která přednostně váže korepresorové proteiny. Tyto proteiny zase rekrutují histon deacetylázy (HDAC), které zesilují asociaci histonů s DNA, a proto potlačují transkripci genu.
V závislosti na zahrnutém receptoru, chemické struktuře ligandu a ošetřované tkáni mohou ligandy jaderných receptorů vykazovat dramaticky různé účinky v rozsahu od agonismu přes antagonismus až po inverzní agonismus. [patnáct]
Aktivita endogenních ligandů (jako jsou hormony estradiol a testosteron ), když jsou vázány na jejich příbuzné jaderné receptory, obecně vede ke zvýšené genové expresi . Tato stimulace genové exprese ligandem se nazývá agonistická odpověď . Agonistické účinky endogenních hormonů mohou být také napodobeny některými syntetickými ligandy, jako je protizánětlivý lék dexamethason . Agonistické ligandy fungují tak, že indukují konformaci receptoru , která podporuje vazbu koaktivátoru (viz horní polovina obrázku vpravo).
Jiné syntetické ligandy jaderných receptorů nemají žádný významný účinek na genovou transkripci v nepřítomnosti endogenního ligandu. Blokují však působení agonisty kompetitivní vazbou na stejné vazebné místo v jaderném receptoru. Tyto ligandy se nazývají antagonisté. Příkladem antagonisty jaderného receptoru je mifepriston , který se váže na glukokortikoidní a progesteronové receptory, a proto blokuje aktivitu endogenních hormonů kortizolu a progesteronu, v daném pořadí. Antagonistické ligandy fungují tak, že indukují konformaci receptoru, která zabraňuje koaktivaci a podporuje vazbu korepresoru (viz spodní polovina obrázku vpravo)
Konečně, některé jaderné receptory podporují nízké hladiny genové transkripce v nepřítomnosti agonistů (také nazývané bazální nebo konstitutivní aktivita). Syntetické ligandy, které snižují tuto základní hladinu aktivity jaderného receptoru, jsou známé jako inverzní agonisté. [16]
Řada léčiv, která působí prostřednictvím nukleárních receptorů, vykazuje v některých tkáních agonistickou odpověď a v jiných tkáních antagonistickou odpověď. Takové chování může mít významné výhody v tom, že umožňuje udržení požadovaných prospěšných terapeutických účinků léčiva při minimalizaci nežádoucích vedlejších účinků. Léčiva s tímto smíšeným profilem účinku agonista/antagonista se nazývají selektivní modulátory receptorů (SRM). Příklady zahrnují selektivní modulátory androgenních receptorů (SARM), selektivní modulátory estrogenových receptorů (SERM ) a selektivní modulátory progesteronových receptorů (SPRM). Mechanismus účinku SRM se může lišit v závislosti na chemické struktuře ligandu a zahrnutého receptoru, nicméně se předpokládá, že mnoho SRM funguje tak, že podporuje konformaci receptoru, která je těsně vyvážena mezi agonismem a antagonismem. V tkáních, kde je koncentrace koaktivátorových proteinů vyšší než u korepresorů, se rovnováha posouvá směrem k agonistům. Naopak v tkáních, kde převažují korepresory, se ligand chová jako antagonista. [17]
Podrodina | Skupina | Člen | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
symbol NRNC | Zkratka | název | Gen | Ligand(y) | ||||
jeden | Receptor podobný hormonu štítné žlázy | A | receptor hormonu štítné žlázy | NR1A1 | TRα | Receptor hormonu štítné žlázy-α | THRA | Hormony štítné žlázy |
NR1A2 | TRp | Receptor hormonu štítné žlázy-β | THRB | |||||
B | receptor kyseliny retinové | NR1B1 | RARα | Receptor kyseliny retinové-a | RARA | vitamín A a příbuzné sloučeniny | ||
NR1B2 | RARp | Receptor kyseliny retinové-β | RARB | |||||
NR1B3 | RARγ | Receptor kyseliny retinové-y | RARG | |||||
C | Receptory aktivované peroxisomovým proliferátorem | NR1C1 | PPARa | Receptor-a aktivovaný peroxisomovým proliferátorem | PPARA | Mastné kyseliny , prostaglandiny | ||
NR1C2 | PPAR-p/5 | Receptor-β/δ aktivovaný peroxisomovým proliferátorem | PPARD | |||||
NR1C3 | PPARy | Receptor-γ aktivovaný peroxisomovým proliferátorem | PPARG | |||||
D | Rev-ErbA | NR1D1 | Rev-ErbAα | Rev-ErbAα | NR1D1 | drahokamy | ||
NR1D2 | Rev-ErbAp | Rev-ErbAα | NR1D2 | |||||
E | E78C ( členovci , motolice , měkkýši, háďátka) [18] [19] |
NR1E1 | Eip78C | Protein 78C indukovaný ekdysonem | Eip78C | |||
F | RAR-příbuzný sirotčí receptor | NR1F1 | RORα | RAR-příbuzný sirotčí receptor-a | RORA | Cholesterol , Tretinoin | ||
NR1F2 | RORp | RAR-příbuzný sirotčí receptor-p | RORB | |||||
NR1F3 | RORγ | RAR-příbuzný sirotčí receptor-y | RORC | |||||
G | CNR14 (háďátka) [18] | NR1G1 | pohlaví - 1 | Receptor steroidního hormonu cnr14 [20] | pohlaví - 1 | |||
H | X receptory v játrech | NR1H1 | EcR | Ecdysonový receptor, EcR (členovec) | EcR | ekdysteroidy | ||
NR1H2 | LXRp | Jaterní X receptory-β | NR1H2 | Oxysteroly | ||||
NR1H3 | LXRA | Jaterní-a X receptory | NR1H3 | |||||
NR1H4 | FXR | farnesoidní X receptor | NR1H4 | |||||
NR1H5 [21] | FXR-p | farnesoidní X receptor-β (pseudogen u lidí) |
NR1H5P | |||||
já | receptory vitaminu D | NR1I1 | VDR | Receptor vitaminu D | VDR | Vitamín D | ||
NR1I2 | PXR | Pregnan X receptor | NR1I2 | xenobiotika | ||||
NR1I3 | AUTO | Konstitutivní androstanový receptor | NR1I3 | androstan | ||||
J | 96 hodin [18] | NR1J1 | Hr96/ Daf-12 | Jaderný hormonální receptor HR96 | 96 hodin | Cholesterol / kyselina dafachronová [22] | ||
NR1J2 | ||||||||
NR1J3 | ||||||||
K | 1 hodina [18] | NR1K1 | 1 hod | Jaderný hormonální receptor HR1 | ||||
2 | Retinoidní X-receptor podobný | A | Nukleární faktor hepatocytů -4 | NR2A1 | HNF4a | Hepatocytární jaderný faktor-4-α | HNF4A | Mastné kyseliny |
NR2A2 | HNF4y | Hepatocytární jaderný faktor -4-γ | HNF4G | |||||
B | Retinoidní X receptor | NR2B1 | RXRa | Retinoidní X receptor-a | RXRA | Retinoly | ||
NR2B2 | RXRp | Retinoidní X-receptor-β | RXRB | |||||
NR2B3 | RXRy | Retinoidní X-receptor-γ | RXRG | |||||
NR2B4 | USP | Protein Ultraspiracle (členovec) | usp | fosfolipidy | ||||
C | Testikulární receptor | NR2C1 | TR2 | Testikulární receptor 2 | NR2C1 | |||
NR2C2 | TR4 | Testikulární receptor 4 | NR2C2 | |||||
E | TLX/PNR | NR2E1 | TLX | Homolog genu Drosophila | NR2E1 | |||
NR2E3 | PNR | Jaderný receptor fotoreceptorových buněk | NR2E3 | |||||
F | PRAČ /UCHA | NR2F1 | COUP-TFI | Kuřecí ovalbumin - promotor transkripčního faktoru I | NR2F1 | |||
NR2F2 | COUP-TFII | Kuřecí ovalbumin - promotor transkripčního faktoru II | NR2F2 | Kyselina retinová [23] | ||||
NR2F6 | EAR-2 | Gen související s V-erbA | NR2F6 | |||||
3 | podobný estrogennímu receptoru | A | estrogenový receptor | NR3A1 | ERα | Estrogenový receptor-α | ESR1 | Estrogeny |
NR3A2 | ERp | Estrogenový receptor-β | ESR2 | |||||
B | Estrogenem spřažený receptor | NR3B1 | ERRα | Estrogenem spřažený receptor-α | ESRRA | |||
NR3B2 | ERRp | Estrogenem spřažený receptor-β | ESRRB | |||||
NR3B3 | ERRγ | Estrogenem spřažený receptor -γ | ESRRG | |||||
C | 3-ketosteroidní receptory | NR3C1 | GR | Glukokortikoidní receptor | NR3C1 | kortizol | ||
NR3C2 | PAN | Mineralokortikoidní receptor | NR3C2 | aldosteron | ||||
NR3C3 | PR | progesteronový receptor | PGR | progesteronu | ||||
NR3C4 | AR | Androgenní receptor | AR | testosteron | ||||
D | Estrogenový receptor podobný (u Lophotrochozoa ) [24] |
NR3D | ||||||
E | Estrogenový receptor podobný (u cnidarians ) [25] |
NR3E | ||||||
F | Estrogenový receptor podobný (v lamelárním ) [25] |
NR3F | ||||||
čtyři | Nervový růstový faktor IB podobný | A | NGFIB/NURR1/NOR1 | NR4A1 | NGFIB | Nervový růstový faktor IB | NR4A1 | |
NR4A2 | NURR1 | Protein asociovaný s jaderným receptorem 1 | NR4A2 | |||||
NR4A3 | NOR1 | Neuronální osiřelý receptor 1 | NR4A3 | |||||
5 | Steroidogenní faktor podobný |
A | SF1/LRH1 | NR5A1 | SF1 | Steroidogenní faktor 1 | NR5A1 | Fosfatidylinositoly |
NR5A2 | LRH-1 | Homolog jaterního-1 receptoru | NR5A2 | Fosfatidylinositoly | ||||
B | Jako Hr39 | NR5B1 [18] | HR39/ FTZ-F1 | Faktor jaderného hormonálního receptoru fushi tarazu I beta | 39 hodin | |||
6 | Nukleární faktor zárodečných buněk podobný | A | GCNF | NR6A1 | GCNF | jaderný faktor zárodečných buněk | NR6A1 | |
7 | NR se dvěma doménami vázajícími DNA [18] (ploštěnci, měkkýši, členovci) |
A | 2DBD-NRα | NR7A1 | ||||
B | 2DBD-NRp | NR7B1 | ||||||
C | 2DBD-NRy | NR7C1 | členovci "α/β" | |||||
osm | NR8 [26] ( Eumetazoans ) | A | NR8A | NR8A1 | CgNR8A1 | Jaderný receptor 8 | AKG49571 | |
0 | Různé (bez LBD nebo DBD) | A | knr/knrl/egon [18] (členovci) | NR0A1 | KNI | Zygotická ruptura proteinových uzlin | knl | |
B | DAX/SHP | NR0B1 | DAX1 | Dávkově citlivá reverze pohlaví, kritická oblast adrenální hypoplazie, na chromozomu X, gen 1 | NR0B1 | |||
NR0B2 | SHP | Malý heterodimerní partner | NR0B2 |