NUKLEÁRNÍ RECEPTORY
VKP 17. 3. 2017
Široká rodina receptorů, které se vážou na mnoho lipoidních
hormonů a extracelulárních ligand.
Působí jako transkripční faktory indukované ligandy, regulují
expresi cílových genů účastní se vývoje, reprodukce a
metabolismu.
NRs vážou se na steroidy, tyreoidní hormony (TH) vitaminy a
metabolity FFA, cholesterolu a žlučových kyselin
„Orphan“ receptory jsou funkčně významné receptory, aniž je
dosud znám jejich ligand. Mají role hlavně v intracelulárním
metabolismu
NRs jsou farmakologickým cíle pro vývoj léků, zejména
selektivních agonistů a antagonistů pro léčbu rakoviny a
metabolických onemocnění.
U člevěka se vyvíjejí také syndromy rezistence na danou léčbu,
ve kterých hrají roli NRs, jejich izoformy i exprese fenotypů.
NUKLEÁRNÍ RECEPTORY
SUPERRODINA NUKLEÁRNÍCH RECEPTORŮ
 Společná struktura:
 DNA vazná doména (DBD)
 vazná doména pro ligand (LBD)
 AP-1
 AP-2
 Typy nuklárních receptorů
1. steroidní
 2. nesteroidní (RXR heterodimer)
 3. ERR
Laszlo Nagy and Peter Tontonoz, 2008
K PŘEDCHOZÍMU OBRÁZKU
 (A) Společná struktura domén NR s aktivací v
N-terminální oblasti (AF-1), DNA vazné domény
s (DBD) skládající se z dvou zinkových prstů (ZF),
nekonzerované non-conserved závěsné oblasti
(Hinge), domény pro vazbu ligand (LBD), a Cterminálního
helixu AF-2.
 (B) Dimerizace a DNA vazné sekvence.
 From the left, homodimeric endocrine receptor
(Palindrome HRE), RXR heterodimers (Direct
Repeat HRE) and monomeric orphan receptor
(Half Site HRE). Arrows: the consensus NR
recognition sequence AGGTCA or a variant.


Homodimerization of Type 1 NRs and heterodimerization of Type II NRs on hormone response
elements (HREs). Symbols: red triangles-hormone; RXR: retinoid X receptor; NR: nuclear
receptor; far right arrow denotes transcriptional activation; arrows below HRE indicate orientation
of half site sequences that are shown below; and n: nucleotides in between half sites.
SIGNÁLNÍ TRANSDUKCE
 Ligandy jsou hydrofilní nebo hydrofobní
 Receptor: povrchový nebo intracelulární
 lipofilní hormon-váže se na intracelulární
receptor-jádro-DNA a reguluje expresi
 hydrofilní liganda-povrchový receptor
 1.kinázová signální cesta-kináza vstupuje do
jádra (MAPK)
 2.kinázová cesta-uvolnění inhibičního proteinutranskripční
faktor vstupuje do jádra (NF- B)
 3.kináza-transkripční nebo regulační faktor
vstupuje do jádra (JAK-STAT a Smad).
LXR- liver X-receptor
FXR-farnesoid X receptor
KONTROLA CHOLESTEROLOVÉHO KATABOLISMU
NUKLEÁRNÍMI RECEPTORY TYPU „ORPHAN“
 Chenodeoxycholát, žlučová kyselina derivovaná
z cholesterolu, vstupuje do interakce s FXR a
suprimuje transkripci genu pro Cyp7a, jehož
produkt katalyzuje rychlost limitující krok v
syntéze žlučových kyselin z cholesterolu.
 FXR aktivovaný ligandem také indukuje
transkripci IBABP, genu kódujícího transportní
protein, který podporuje zpětné vychytávání
žlučových kyselin v tenkém střevě.
 Metabolity cholesterolu regulují syntézu ŽK v
játrech prostřednictvím zpětnovazebné suprese
Cyp 7a a jejich transport přes střevo indukcí
IBABP.
GLUKOKORTIKOIDY
 GR jsou schopny regulovat expresi genů procesem
zvaným transaktivace. Cílem jsou geny typické pro
metabolismus cukrů a tuků, např. glukózo-6-fosfatáza
a PEPCK v játrech a FAS, ACC, SCD-1, SCD-2, SCD-3,
GPAT3, GPAT4 v adipocytech.
 Zvýšená exprese odpovídajích produktů
enzymatických genů ovlivňuje organismus a při
exogenním podávání glukokortikoidů se rozvíjí tzv.
‘metabolic side effect profile’ .
 Mnoho genů , které jsou upregulovány pod vlivem
glukokortikoidů, mají jasně protizánětlivé účinky, např.
GILZ a DUSP1 (MKP-1).
Aktivované glukokortikoidní receptory (GR) pracují několika mechanismy.
Glukokortikoidy mohou působit membránovou modulací nezávislou na GR nebo
pomocí na mebránu vázaných nebo cytoplasmatické GR tzv. negenomické
efekty. Cytoplasmatický GR mění po ligaci konformaci, zbavuje se části
chaperonového komplexu a je naveden do jádra. Zde ligandy obsazené GR
realizují transkripční pozitivní nebo negativní efekty cestou genomových
mechanismů.
Abbreviations: GR, glucocorticoid receptor; GRE, glucocorticoid response
element; mGR, membrane glucocorticoid receptor; TF, transcription factor.
GLUKOKORTIKOIDY-MECHANISMUS PŮSOBENÍ
 Alternativním mechanismem, kterým může
glukokortikoidní receptor inhibovat genovou expresi, je
transreprese. Ten je založen na interakcí proteinů,
„tethering“. GR přitom ovlivňuje genovou expresi
interakcí s jiným transkripčním faktorem nebo faktory,
aniž sám vstupuje do kontaktu s DNA.
 Transreprese představuje hlavní mechanismus, kterým
GR inhibuje aktivitu transkripčních faktorů
regulovaných imunitním systémeme, jako jsou NF-κB,
AP-1, CREB, NF-AT, STAT6, IRF3, STAT3, GATA-3 a t-Bet.
Barnes and Adcock, 2009
P.J. Barnes, I.M. Adcock
Glucocorticoid resistance in inflammatory diseases
Lancet, 373 (2009), pp. 1905–1917
Barnes and Adcock, 2009
P.J. Barnes, I.M. Adcock
Glucocorticoid resistance in inflammatory
diseases
Lancet, 373 (2009), pp. 1905–1917
ESTROGENY
 Estrogens have physiological functions in almost
all tissues in the body in both males and females.
 Estrogens, including the most abundant estrogen
17β-estradiol (E2), interact with estrogen
receptors (ER) alpha and beta (ER and ERβ).
ERβ is less well characterized.
 ER and ERβ are highly conserved in the DNA
binding domain (95%) and ligand binding
domain (60%), but the NH2-terminal domains,
including the transcriptional activation domain
AF-1, are only 20% conserved.
TYPICKÁ CESTA AKTIVACE NR
 v nepřítomnosti ligandu tvoří NR represivní komplex s
HDAC (histon deacetylázy) přes korepresor SMRT nebo
NCOR.
 Vazba ligandu indukuje disociaci korepresorů a
povolání koaktivátorů včetně HAT (histon acetyltransferázy)
a komplexů remodelujících chromatin.
 Některé NR jsou aktivovány na ligandu nezávislou
vazbou koaktivátoru PGC-1 (= inducibilní koaktivátor 1
alfa receptoru aktivovaného peroxisom proliferátorem)
 a následným povoláváním dalších koaktivátorových
komplexů
.
Laszlo Nagy and Peter Tontonoz, 2008
Inducibilní koaktivátor 1 alfa
receptoru aktivovaného
peroxisom proliferátorem
ESTROGENY A KOST
• E2 je schopen nejenom
• reprimovat proosteoklastické cytokiny, ale indukuje také
• apoptózu v kosti, což vede k resorpci osteoklastů. Mechanisticky E2,
via aktivace Erα indukuje transkripci Fas ligandu (FasL) na
osteoblastech. FasL je odštěpen z povrchu buňky pomocí MMP3 a
solubilní FasL indukuje apoptózu osteoklastů.
• reguluje poměr RANKL/(OPG). Receptor activator of nuclear factor κB
ligand (RANKL) je podstatným cytokinem v diferenciaci osteoklastů.
RANKL pathway je možno inhibovat pomocí OPG. Poměr RANKL:OPG
ratio je kritický pro osteoklastogenezi. E2 zvyšuje transkripci OPG a
ovlivňuje umístění RANKL na povrchu osteoblastů.
• E2 má proosteoblastický efekt (antiapoptóza osteoblastů –BCL2).
• E2 také indukuje transkripci alkalické fosfatázy, markeru
osteoblastické diferenciace.
SEZNAM ZNÁMÝCH FUNKCÍ ERR A JEJICH
ASOCIOVANÝCH GENŮ
ANDROGENY
• Testosteron může být konvertován do
biologicky aktivnější formy
dihydrotestosteron (DHT) 5 reduktázou a
na estradiol aromatázou. Testosteron a DHT
realizují svůj účinek via AR.
• AR (androgenní receptory) se v různém
rozsahu exprimuje ve tkáních, jako je kost,
sval, prostata, tuková tkáň, kardiovaskulární,
imunní, nervové a hematopoetické tkáni a
samozřejmě ve tkáni reprodukční.
ANDROGENNÍ RECEPTOR
 Gen pro AR je lokalizován na chromosomu X q11–12.
Celý receptor (full-length receptor (FL-AR) se skládá z 8
exonů. Byly objeveny také konstitutivně aktivní AR
varianty (AR-Vs), které obsahují domény NTD a DBD,
ale nikoliv LBD. Protože konvenční androgen
deprivační terapie inhibuje androgen dependentní
aktivaci AR (ovlivňované z LBD), přítomnost AR-Vs
umožňuje buňkám rakoviny prostaty této léčbě
odolávat. Zatím identifikováno cca 20 různých AR-Vs.
ANDROGENNÍ RECEPTOR
 Obsahuje konzervovanou DNA-binding doménu (DBD),
Ligand-Binding doménu (LBD), a N’-terminální doménu
(NTD) a hinge region, která obsahuje nukleární
lokalizační sekvenci.
 Doména AR-LBD je cílem terapie cílící na AR, buď
přímo (antiandrogeny vážící LBD) nebo nepřímo
redukcí hladin cirkulujících a tkáňových androgenů (
analogy LHRH/GnRH a inhibitory CYP17). AR-LBD je
epicentrem několika mutací, které jsou zodpovědné za
rezistenci na endokrinní léčbu u rakoviny prostaty.
POLYMORFISMY A VZÁCNÉ ALELY NR
 Mutace v zárodečných buňkách způsobují
dědičné syndromy rezistence na hormony,
často spojené s kompenzační zvýšenou
sérovou hladinou příslušných hormonů v
případě mutací „loss of function“.
 Mutace byly u člověka popsány v AR, ER,
GR, MR, PPAR, TR a VDR.
 Mnohé mutace se objevují v LBD a
způsobují redukci vazby ligandu na
receptor.
 Funkčně důležité mutace typu „frameshift“
POLYMORFISMY A VZÁCNÉ ALELY NR
 U patientů s hereditární rezistencí na
vitamin D (růstová retardace, křivice,
alopecie) mohou mutace ve VDR
způsobit defekty ve vazbě na DNA, ve
vazbě ligandu, v heterodimerizaci s RXR v
interakci koaktivátorů.
 Jsou resistentní na 1, 25 vitamin D3 a
reagují často až na extrémně vysoké
dávky. Většinou autosomálně recesivní
dědičnost.
NR-MECHANISMUS AKCE
 Některé NR typu II nevážou hormony, ale
intracelulární metabolity.
 PPAR se váže na MK a stimuluje jejich β-
oxidaci.
 Na PPAR se vážou fibráty a snižují sérové
triglyceridy.
 PPARγ se váže na prostaglandin PGJ2 a zvyšuje
citlivost tukové tkáně na inzulín.
 Thiazolidinediony jsou agonisty PPARγ a jsou
používány v léčbě DM typu II. PPARγ agonisté
mají také protizánětlivé a protinádorové účinky.
NR - MECHANISMUS AKCE
 LXRs („liver“) se vážou na cholesterol a metabolity podobné cholesterolu.
Stimulují syntézu MK a podporují reverzní transport cholesterolu stimulací
vstupu cholesterolu do makrofágů, syntézou žlučových kyselin a
poklesem střevní absorpce cholesterolu. Specifičtí agonisté LXR mají
potenciál v antiaterosklerotické léčbě.
 FXRs („farnesoid“) byly “de-orphaned” , když byly jako ligandy
identifikovány žlučové kyseliny. FXR mohou snižovat syntézu MK aktivaci
SHP („short heterodimer partner“ pro LXR), který inhibuji transkripci
navozenou LXR. To vede k down regulaci SREBP1c jako klíčového
stimulátory syntézy MK. FXR také snižuje produkci žlučových kyselin downregulací
CYP7A (konvertuje cholesterol na žlučovou kyselinu). Agonisté
FXR k léčbě cholestatické žloutenky.
 ERR upreguluje PPAR a gen pro „middle chain acyl coenzyme A
dehydrogenase“ , což vede ke stimulaci oxidace MK a synergii s PGC1α
pro zvýšení oxidativní fosforylace stimulaci oxidázy MK a enzymů
dýchacího řetězce. Podporuje také stimulaci nukleárního respiračního
faktoru 1 (NRF1) prostřednictvím PGC1α stimulaci mitochondriální ATP
syntetázy. PGC1α je považována za proteinovou ligandu ERRα. Vyvíjejí
se syntetické ligandy slibné pro léčbu inzulínové rezistence.
NR - MECHANISMUS AKCE
 Tyroxin hraje kritickou roli v produkci triglyceridů a
cholesterolu, v celkové spotřebě kyslíku i v
metabolismu cukrů a tuků.
 Nedostatek nebo nadbytek TH má hluboké
metabolické efekty. Je možné, že tkáňově
specifické rozdíly v koncentraci TH, dané různým
membránovým vychytáváním TH pomocí TH
transportérů nebo různou deiodinázovou
aktivitou může vést k závažným metabolickým
změnám na celulární i systémové úrovni.
Molecular mechanism of TR-mediated transcription on target gene promoters. In the absence of ligand, TR binds to
the HRE and recruits co-repressors such as SMRT or NCoR as well as HDAC 3, resulting in histone deacetylation and
transcriptional repression (B). In the presence of ligand, the co-repressor dissociates from ligand-bound TR and coactivator
complexes are recruited. This leads to histone acetylation, chromatin opening near the HRE and proximal
promoter region, and transcriptional activation (A). Many Type II NRs have similar mechanisms of action as TR. Type I
NRs are bound to HSPs in the absence of ligand and do not exert transcriptional activation. Mediator complex, which
directly links to the liganded TR on the HRE and the basal transcriptional machinery, then is recruited by TRs to the
HRE after histone modifications by HATs. Abbreviations: TH: Thyroid hormone (T3); TR: Thyroid hormone receptor;
TRE: Thyroid hormone response element; RXR: Retinoid X Receptor; Co-Act: Co-activator; HATs: Histone acetyl
transferase complex; NCoR: Nuclear Co-repressor; and HDAC: Histone deacetylase.
NR - MECHANISMUS AKCE
 CAR (androstane receptor) a PXR (nuclear
receptors pregnane X receptor) fungují jako
senzory xenobiotických látek a indukují expresi
enzymů zodpovědných za metabolismus a
exkreci těchto látek. Cílovými geny pro CAR
jsou členové podrodin CYP2B, CYP2C a
CYP3A, sulfotransferázy a glutathion-S-
transferáza.
 Hlavními cíli pro PXR jsou CYP3A4, glutathioneS-transferáza
a effluxní proteiny, jako je OATP2
a MDR1. CAR a PXR tak hrají podstatné role na
úrovni detoxikace.
NR - MECHANISMUS AKCE
 V našem prostředí se vyskytují přirozené i umělé látky, které jsou schopny vstupovat
do interakce s NR. Fytohormony jsou metabolity rostlin nebo vitaminy s obvykle
agonistickými efekty na NR. Flavonoidy (sója, obilná zrna) mají slabý estrogenní vliv,
jiné látky jsou naopak antiestrogenní. Tyto látky mohou mít efekt v době
těhotenství nebo kojení a mohou měnit riziko rozvoje karcinomu prsu.
 Existují také umělé látky, které mohou působit jako “endocrine simulators” nebo
“endocrine disruptors”. Často vznikají během průmyslové výroby. Např. některé
organochloridové pesticidy mají antiandrogenní vlastnosti a mohou se vázat na
AR (zvyšující se mužská infertilita). Polychlorované bifenyly (PCBs) a
polybromované difenyl étery (PBDEs) mohou blokovat aktivitu tyroxinu vazbou na
TR deficitem v prenatálním a časně postnatálním období. Syntetický estrogen,
dietylstilbestrol (DES) byl předepsán cca 5 miliónům těhotných žen jako prevence
spontánních abortů v 70. letech 20. století. Ukázalo se, že dcery z těchto
těhotenství měly abnormální vývoj reprodukčního systému během puberty a byla u
nich zvýšena incidence vaginální rakoviny. DES vázaný na ER zřejmě indukoval
aberantní dlouhodobou metylaci DNA, která se manifestovala o mnoho let
později. Endokrinní stimulátory a disruptory tak představují velký problém pro
veřejné zdravotnictví, protože nemáme dostatečné informace o jejich kvantitě a
mnohé zůstávají nerozpoznány.
DĚKUJI VÁM ZA POZORNOST