Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP /1/A

INTRACELLULÁRIS/ NUKLEÁRIS RECEPTOR JELÁTVITEL Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP /1/A Berki Tímea és Boldizsár Ferenc Jelátvitel

TÁMOP /1/A Történeti háttér G. T. Beatson skót sebész inoperábilis emlőrák regresszióját írja le ovariektómia után Az állatok kasztrációja javítja a hús minőségét Ősi kínai orvoslás placenta extraktumot használ 1926 Kendall ésReichstein kortizon és tiroxin Butenandt/Doisy ösztrogén (terhes nő vizeletében) Androszteron és progeszteron (sertés corpus luteumból izolálták) “estrus” ~ “oistros” (Greek) = bögöly 1961 Jensen: ösztrogén receptor 1980-as évek: ER, GR, TR klónozása (Chambon, Evans és Vennström)

TÁMOP /1/A Hatásmechanizmus Nukleáris receptorokNukleáris receptorok a sejtekben található fehérjék, amelyek a szteroid és thyroid hormonok és más lipofil molekulák érzékelését végzik Ligand kötődése a nukleáris receptorhoz annak konformációváltozását idézi elő, amely aktiválódva, transzkripciós faktorként viselkedik A receptor aktivációja gének átíródásának fokozását vagy gátlását eredményezi.

TÁMOP /1/A Transzkripciós faktorok Transzkripciós faktorok: Transzkripciós faktorok: szekvencia- specifikus DNS-kötő faktorok Szabályozzák a DNS genetikai információjának átíródását mRNS-re Aktivátorként hatnak (= segítik a génexpressziót) vagy represszorok (= gátolják a génexpressziót) szabályozva az RNS polimeráz toborzását

TÁMOP /1/A Transzkripciós faktorok vizsgálata Transzkripciós faktor aktivitás: Luciferáz teszt Kromatin immunoprecipitáció (ChIP) Electrophoretic Mobility Shift Assay (EMSA) Transzkripciós faktor interakció: Ko-immunoprecipitáció

TÁMOP /1/A Luciferáz riporter assay A célsejt transzfekciója Luc Vectorral A sejtek aktiválása Signaling, TF aktiváció Luciferáz szintézis Fényelnyelődés mérése Promóter Reporter gén RNS polimeráz és transzkcripciós faktorok Transzkripció mRNS Transzláció Reporter fehérje

TÁMOP /1/A Ligandok Lipofil hormonok: Lipofil hormonok: A keringésben transzport fehérjékhez kapcsolódnak; a plazmamembránon transzport fehérjéhez kötődve vagy passzívan lépnek át 17-  -ösztradiol Ösztrogén receptor (ER) Tesztoszteron Androgén receptor (AR) Kortizol Glükokortikoid receptor (GR) Kalcitriol D-vitamin receptor (VDR) Trijódtironin (T 3 ) Tiroid hormon receptor (TR) A-vitamin Retinsav receptor (RAR)

TÁMOP /1/A A nukleáris receptorok faji megoszlása A nukleáris receptorok állatokra jellemzőek, algákban, gombákban és növényekben nincsenek A C. elegans-nak 270 ismert receptora van Számos orphan receptor létezik!!! Az emberi nukleáris receptorok száma 48, egérben és patkányban 49 illetve 47 nukleáris receptort találtak

TÁMOP /1/A Intracelluláris receptorok Szteroid hormon rec. Ösztrogén rec. (ER)Ösztradiol Glükokortikoid rec. (GR) Kortizol Mineralokortikoid rec. (MR) Aldoszteron Androgén rec. (AR)Tesztoszteron Progeszteron rec. (PR)Progeszteron Tiroid hormon rec. Tiroid hormon rec. (TR) T3 Retinoid rec.Retinsav rec. (RAR)All-transz-retinsav Retinsav X rec. (RXR)9-cisz-retinsav D-vitamin rec.D-vitamin rec. (VDR)1,25-hidroxi- kolekalciferol Lipid szenzorokMáj X rec. (LXR)Oxiszterolok Farnesoid X rec. (FXR)Epesavak PPARPeroxiszóma proliferátor aktivált rec. Zsírsavak, eicosanoidok (pl. LT-k, PG-k)

TÁMOP /1/A Nukleáris receptor családok GR Szteroid Recetorok Glükokortikoid Mineralokortikoid Progeszteron Androgén GR MR PR AR Dimer „Orphan”- Árva Receptorok RXR COUP HNF-4 TR2 TLX GCNF 9-cisz RA RXR Monomer „Orphan” - Árva Receptorok NGFI-B SF-1 Rev-erb ROR ERR RXR T3R RAR VDR PPARa PPARg EcR FXR CAR LXR PXR/SXR RXR Heterodimerek Tiroid hormon All-transz RA 1,2,5-(OH)2-VD Zsírsavak 15d-Δ 12,14 -PGJ Ekdizon Epesav Androsztán Oxiszterol Xenobiotikumok RXR R

TÁMOP /1/A A nukleáris receptorok szerkezeti felépítése AF-1: AF-1: aktivációs funkció 1 (ligand-független) AF-2: AF-2: aktivációs funkció 2 (ligand-függő) AF-1AF-2 A/BCEFD N-terminális domén Hinge régióC-terminális domén DNS-kötő domén (DBD) Ligand-kötő domén (LBD) Dimerizáció aminosav, mérsékelten konzervált aminosav, variábilis 70 aminosav, konzervált

TÁMOP /1/A A szteroid receptorok hatás-mechanizmusai HSP GR HSP GR HRE Ko-aktivátor RNS polimeráz RNS polimeráz GR Ko-aktivátor RNS polimeráz RNS polimeráz Ko-aktivátor RNS polimeráz RNS polimeráz RXRR HRE Ko-aktivátor RNS polimeráz RNS polimeráz Ko-aktivátor RNS polimeráz RNS polimeráz HRE RXR Ko-represszor Hormon Sejtmag Plazma membrán Citoplazma Ko-represszor RXRR HRE TranszkripcióTranszkripcióTranszkripció

TÁMOP /1/A A GC hatás időbeli lefolyása GRE Ezred- másodperc (?) Másodpercek -percek (?) Órák-napok Ko- regulátorok TF- ok Sejtmag Dimerizáció Kötődés Molekulák találkozása ? ? Szabályozásszintjei CBG kötés a vérben MDR a membránban Metabolizmus és a nukleáris receptor sorsa Transzkripció MR/GRSzteroid

TÁMOP /1/A NR-ok típusai I-típusú nukleáris receptorokhoz tartoznak a 3-as alcsoport receptorai, mint az androgén receptor, ösztrogén receptorok, glükokortikoid receptor és progeszteron receptor II-típusú nukleáris receptorokhoz főleg az 1-es alcsoport tartozik, mint a retinsav receptor, retinoid X receptor és tiroid hormon receptor

TÁMOP /1/A I-típusú receptor hatás Sejtmag Plazma membrán CitoplazmaHormon HSP NR HSP NR HRE Ko-aktivátor RNS polimeráz RNS polimeráz NR Ko-aktivátor RNS polimeráz RNS polimeráz mRNS Célgén mRNS Fehérje Megváltozott sejtműködés

TÁMOP /1/A I-típusú NR jellemzői Ligand hiányában a citoszolban találhatóak Hormon kötődése a receptor disszociációját okozza a hősokkfehérjéről (Hsp), majd annak dimerizációja után a receptor nukleáris transzlokációját A sejtmagban specifikus DNS szakaszokhoz (Hormone Response Element, HRE) kapcsolódik A NR-DNS komplex egyéb fehérjék toborzását indítja el, amelyek felelősek a transzkripció és új fehérjék transzlációjának elindításáért, amely végül a sejt funkciójának megváltozását eredményezi

TÁMOP /1/A A citoplazmatikus receptor komplex Hsp90, 70, 40 + ko-chaperone p23 + immunophilin (pl. FKBP52): dynein-hez (motorfehérje) kapcsolja a komplexet Dinamikus összekapcsolódás- szétkapcsolódás Ligand-kötött receptorok a mikrotubulusok mentén transzportálódnak a nukleáris pórusokhoz

TÁMOP /1/A II-típusú receptor hatás Ko-aktivátor RSA polimeráz RSA polimeráz RXR TR HRE Ko-represszor Ko-aktivátor RNS polimeráz RNS polimeráz Sejtmag Plazma membrán Citoplazma mRNS Célgén mRNS Fehérje Megváltozott sejtműködés Hormon Ko-represszor RXR TR HRE

TÁMOP /1/A II-típusú NR-ok A ligand jelenlététől függetlenül a sejtmagban helyezkednek el, általában hetero-dimer formában (általában RXRel) kapcsolódnak a DNS-hez Ligand hiányában a II-típusú nukleáris receptorok gyakran ko-represszor fehérjékkel kapcsolódnak

TÁMOP /1/A Nukleáris receptor heterodimer formája PPRgamma (zöld) és RXR alpha (kék) kettősszálú DNS-sel komplexben (lila), NCOA2 ko-aktivátor peptiddel (piros).

TÁMOP /1/A DNS kötés DNS kötőhelyek (= Response Elements): 2x6 bázispár Szteroid rec. (homodimer): palindrom, invert ismétlődő szakaszok 3bp spacer-rel elválasztva (IR3) –GR, MR, PR, AR: 5’-AGAACA-3’ –ER: 5’-AGGTCA-3’ Nem-szteroid rec.: 5’-AGGTCA-3’direkt ismétlődő szakaszok (DRn, n=spacerek száma) –homodimerek (pl. TR, VDR) –heterodimerek (pl. TR, VDR, RAR, LXR, FXR, PXR, CAR, PPAR)

TÁMOP /1/A A NR-ok genomikus hatása Ligand LBD DBDRE

TÁMOP /1/A A DNS-kötő domén (DBD) szerkezete A humán progeszteron receptor DNS-kötő doménjének dimerje (kék és zöld) és kettősszálú DNS (lila) komplexe. A cinkatomokat szürke pontok jelölik.

TÁMOP /1/A Gén szabályozás Transzaktiváció: Ligand-kötött receptor ko-aktivátorokat toboroz → transzkripció aktiválása: interakció általános transzkripciós faktorokkal + kromatin felnyitása (ATP- dependens kromatin remodeling/hiszton acetiláció) Ligand-kötés → ko-represszor disszociáció → ko-aktivátor kötése Transrepresszió: Ligand hiányában a transzkripció folyamatos, ligand-kötés gátolja a transzkripciót

TÁMOP /1/A Transzrepresszió – ligand szelektivitás Bizonyos nukleáris receptorok nemcsak közvetlenül kapcsolódnak DNS szakaszokhoz, hanem képesek transzkripciós faktorokhoz is kötődni. Ez a kötődés általában a másik transzkripciós faktor inaktiválását eredményezi. Bizonyos GR ligandok, un. szelektív glükokortikoid receptor agonisták (SEGRA-k) képesek a GR-t úgy aktiválni, hogy az erősebb transzrepressziós, mint transzaktivációs hatású Ez a ligand-szelektivitás lehetővé teszi olyan ligandok kifejlesztését, amelyek erősebb gyulladásgátló hatásúak, kevesebb nemkívánatos metabolikus mellékhatást okozva

TÁMOP /1/A A NR-ok szabályozása A transzkripciós aktivitás növelése: Foszforiláció: –Ser maradványok az N-terminális A/B doménen –Ciklin-dependens kinázok –PKC, PKA –ERK –PKB/Akt –JNK/SAPK –p38-MAPK AF-1: CDK, ERK, JNK, p38-MAPK, PKB AF-2: Src az ER-nál

TÁMOP /1/A A NR-ok szabályozása A transzkripciós aktivitás gátlása: A DNS-kötő domén (DBD) foszforilációja PKC vagy PKA által

TÁMOP /1/A Terápiás lehetőségek – hormon analógok Glükokortikoidok: anti-inflammatorikus, immunoszupresszív kezelések (pl. autoimmun betegségek, transzplantáció, egyes leukémiák) Szexuál szteroidok: szubsztitúciós terápia (endokrin betegségek), fogamzásgátlás, emlőrák Tiroxin: tiroidectomia után szubsztitúciós therápia A/D-vitamin deficiencia