PØEHLEDNÉ ÈLÁNKY
Farmakologický význam sirotčích nukleárních receptorů Pharmacological importance of orphan nuclear receptors
Šíma M., Slanaø O. Farmakologický ústav, 1. lékaøská fakulta Univerzity Karlovy v Praze a Všeobecná fakultní nemocnice v Praze SOUHRN Sirotèí nukleární receptory patøí do rodiny ligandem aktivovaných transkripèních faktorù, lokalizovaných v bunìèném jádøe nebo v cytoplazmì. Jejich prostøednictvím jsou øízeny mnohé biologické procesy, jako napøíklad metabolismus glukózy, lipidù a žluèových kyselin, zánìt, nádorové bujení èi diferenciace bunìk. Z pohledu farmakologie je významná jejich role v regulaci eliminace xenobiotik z organismu. Zajímavá je také možnost cíleného ovlivnìní sirotèích nukleárních receptorù za úèelem terapie metabolických poruch. Klíèová slova: nukleární receptory, pregnanový X receptor (PXR), konstitutivní androstanový receptor (CAR), receptor aktivující proliferaci peroxizomù (PPAR), jaterní X receptor (LXR), farnesoidní X receptor (FXR) SUMMARY The orphan nuclear receptors belong to the family of ligand-activated transcription factors localized in the nucleus or cytoplasm. Through them, many biological processes such as metabolism of glucose, lipids and bile acids, inflammation, tumour growth, or differentiation of cells, are controlled. From the pharmacological point of view, they play a significant role in regulating the elimination of xenobiotics from the organism. Also interesting is the possibility of xenobiotic targeting the orphan nuclear receptors for the treatment of metabolic disorders. Key words: nuclear receptors, pregnane xenobiotic receptor (PXR), constitutive androstane receptor (CAR), peroxisome proliferator activated receptor (PPAR), liver xenobiotic receptors (LXR), farnesoid xenobiotic receptor (FXR)
NUKLEÁRNÍ RECEPTORY – ÚVOD Nukleární receptory patří do velké rodiny nitrobuněčných receptorů (proteinů). Nacházejí se buď v cytoplazmě, nebo v jádře. Po aktivaci ligandem se vážou na specifická místa DNA a fungují jako transkripční faktory (aktivují expresi genů). Tímto mechanismem regulují několik fyziologických funkcí, jako jsou např. ontogeneze, reprodukce, diferenciace, metabolismus a homeostáza. Selektivita účinků zprostředkovaných nukleárními receptory, a stejně tak i možnost regulace těchto účinků, je dána jednak afinitou jednotlivých ligandů k jednotlivým receptorům (některé ligandy aktivují mnoho receptorů, jiné působí velmi specificky), a dále zastoupením jednotlivých receptorů v jednotlivých tkáních/orgánech. Některé receptory se navíc vyskytují ve více podtypech, přičemž každý podtyp může Československá fyziologie 63/2014 č. 1
být ovlivňován jinými ligandy, nacházet se v jiných tkáních a zprostředkovávat tak různé účinky. Nukleární receptory se evolučně vyvinuly z ancestral orphan receptoru a v současné době je podle sekvenční homologie (podobnosti primární struktury proteinu) dělíme do šesti podrodin. Podrodiny jsou označovány arabskými číslicemi a dále se dělí na skupiny příbuzných nukleárních receptorů, označované velkými písmeny. Konkrétní nukleární receptory jsou značeny další arabskou číslicí (Committee, 1999). Mnohem jednodušší a z hlediska farmakologie také výstižnější je klasifikace nukleárních receptorů podle ligandů. Z tohoto hlediska můžeme nukleární receptory dělit do dvou skupin – na receptory mající přirozený (fyziologický) ligand a na sirotčí (orphan) receptory, u nichž přirozený ligand neexistuje nebo jej dosud neznáme. Mezi nukleární 19
receptory se známým přirozeným ligandem patří např. receptory steroidních hormonů (AR – androgenové receptory, ER – estrogenové receptory, PR – progesteronové receptory, MR – mineralokortikoidní receptory, GR – glukokortikoidní receptory), dále receptory hormonů štítné žlázy – TR, receptor pro vitamín D − VDR a další. Mezi sirotčí receptory pak řadíme např. PXR (pregnane xenobiotic receptor), CAR (constitutive androstane receptor), PPAR (peroxisome proliferator activated receptor), LXR (liver xenobiotic receptor), FXR (farnesoid xenobiotic receptor) či RXR (retinoid xenobiotic receptor). První práce prokazující existenci nukleárních receptorů se objevují v 60. a 70. letech 20. století, kdy pomocí radioaktivně značených steroidů a hormonů štítné žlázy byly rozpoznány jejich vazebné struktury. V 80. letech se díky rozvoji metod molekulární biologie prokázala jejich příbuznost, a byly proto souhrnně označovány jako rodina steroidních a thyroidálních hormonů. Postupně byly objevovány další struktury a začalo se uvažovat o rodině nukleárních receptorů (Kliewer et al., 1999). Skupina orphan receptorů byla objevena na počátku 90. let 20. století metodami molekulární biologie (cíleně se vyhledávaly úseky DNA s podobnou sekvencí jako geny, kódující již známé nukleární receptory). Tak byly nalezeny proteiny strukturně velmi podobné již známým nukleárním receptorům, aniž by byl znám jejich přirozený ligand. Pro mnohé z nich byl následně jejich přirozený ligand objeven, nicméně se tyto receptory i nadále řadí mezi orphan (Giguère, 1999). STRUKTURA NUKLEÁRNÍCH RECEPTORŮ Nukleární receptory se skládají ze 4–5 domén, označovaných jako A/B, C, D, E a F. Tyto domény bývají často označovány také názvy vyjadřujícími jejich funkci. A/B doména je označována též jako modulující (modulator domain), C jako DNA vazebná doména – DBD (DNA binding domain), D doména tvoří mezi doménami C a E „kloub“ (hinge region) a umožňuje tak zaujmout různé konformace, E je pak vazebná doména pro ligand – LBD (ligand binding domain). F doména je přítomna jen u některých nukleárních receptorů, u jiných chybí. Dosud nebyl popsán žádný její význam. A/B doména se nachází na N-konci nukleárního receptoru. Vykazuje vysokou variabilitu jak v délce aminokyselinové sekvence, tak v její primární struktuře. Tato variabilita je dána tím, že při transkripci genů kódujících nukleární receptory jsou využívány různé promotory (tedy různá startovací místa transkripce), po transkripci vzniká alternativní sestřih (po vystříhání intronů jsou exony napojovány různým způsobem) a rovněž nastávají posttranslační modifikace této domény. Z jediného genu se tak exprimuje více izoforem nukleárního receptoru s různou biologickou funkcí. Tato doména má funkci aktivátoru transkripce (AF-1). Interaguje s různými koaktivátory, a tím moduluje aktivitu nukleárního receptoru podle situace, ve které se buňka, respektive organismus nachází. 20
C doména je nejvíce konzervativní (neměnná) část nukleárních receptorů. Obsahuje charakteristické motivy – dva zinkové prsty, P-box, D-box a tzv. CTE (carboxy-terminal extension). Hlavní funkcí této domény je vazba na cílové DNA sekvence, HRE (hormone response elements) nebo též XRE (xenobiotic response elements). Obvykle se jedná o sekvenci AGAACA, kterou rozpoznávají steroidní receptory (vyjma ER), nebo AGGTCA, na kterou se vážou estrogenové receptory a nesteroidní nukleární receptory (Giguère, 1999). Nukleární receptory se na DNA vážou buď samostatně – tedy jako monomery (např. NGFI-B – nerve growth factor induced receptor), nebo jako homodimery (např. ER, PR, AR, MR, GR) či heterodimery s RXR (např. TR, VDR, PXR, CAR, PPAR, LXR, FXR) (Glass, 1994). Pokud se nukleární receptory vážou jako dimery, pak se HRE (XRE) skládá ze dvou vazebných sekvencí. Tato místa – sekvence nukleotidů − mohou být vůči sobě v postavení přímém (např. AGGTCA…AGGTCA), invertním (např. AGGTCA…TGACCT), nebo evertním (např. TGACCT…AGGTCA). Motiv zvaný P-box je odpovědný za vazbu na DNA, D-box za dimerizaci. CTE se podílí na obou interakcích. Zinkové prsty – čtyři thiolové funkční skupiny cysteinu, chelatující zinečnatý kationt – stabilizují prostorové uspořádání této domény (Zhao et al., 1998). D doména je (podobně jako A/B) variabilní ve smyslu délky aminokyselinové sekvence i její primární struktury. Spojuje DBD a LBD a tvoří mezi nimi „kloub“, umožňující jim zaujmout různé konformace. Díky tomu se může stejný receptor po dimerizaci vázat na HRE jak přímým, tak i invertním způsobem (Glass, 1994). D doména může také být místem vazby některých korepresorů (Chen a Evans, 1995). E doména je konzervativní, i když ne tolik jako DBD. Jedná se o největší doménu nukleárního receptoru, tvořenou 11 až 13 α-helixy, poskládanými do tří vrstev a tvořících „kapsu“ pro ligand. Vazba ligandu ale není jedinou funkcí této domény. Na jejím C-konci se nachází úsek, který slouží jako ligand-dependentní aktivátor transkripce (AF-2). V nepřítomnosti ligandu se táhne směrem od „kapsy“. Po obsazení ligandem se změnou konformace přehne přes zbytek LBD a uzavře ligand uvnitř „kapsy“. Současně se na AF-2 exponují interakční místa pro koaktivátory transkripce (Giguère, 1999). E doména se také podílí na dimerizaci a zprostředkovává interakce s heat shock proteiny (viz dále) (Pratt a Toft, 1997). F doména se nachází na C-konci peptidu, a jak již bylo uvedeno, je přítomna jen u některých nukleárních receptorů. Tato doména je velice variabilní. Její význam, pokud nějaký existuje, nebyl dosud rozpoznán. SIGNÁLNÍ DRÁHA Jak již bylo napsáno, nukleární receptory se mohou nacházet jak přímo v jádře, tak v cytoplazmě. V závislosti na jejich lokalizaci pak probíhá i signální kaskáda. Za klidového stavu tvoří nukleární receptory v cytoplazmě komplexy s chaperony – heat shock proteiny, které pomáhají nukleárnímu receptoru udržet správné prostorové Československá fyziologie 63/2014 č. 1
uspořádání (terciální strukturu), a tím i jeho funkčnost. Navázáním ligandu na tento komplex dochází k jeho translokaci do jádra a k následné aktivaci genové exprese (Pratt a Toft, 1997). Mnohé nukleární receptory jsou ale lokalizovány přímo v buněčném jádru, a nejsou-li aktivovány ligandem, mohou se vázat na DNA a působit jako represory genové exprese (Chen a Evans, 1995). Mechanismus této represe je založen na asociaci ligandem neobsazeného receptoru s korepresory (McKenna et al., 1999). Tyto korepresory jsou proteiny s histon deacetylázovou aktivitou. Deacetylací histonů se zvýší jejich kladný náboj, a tím i jejich afinita k DNA. Výsledkem je zahuštění chromatinu a znemožnění transkripce. Po navázání ligandu dochází ke změně konformace receptoru, která vede k disociaci s korepresory a naopak k interakcím s koaktivátory. Koaktivátory mají acetylázovou aktivitu − acetylací histonů se sníží jejich kladný náboj, a tím i jejich afinita k DNA, což vede k rozpletení chromatinu a transkripčnímu aparátu je umožněn přístup k DNA. Z hlediska regulace transkripce nukleárními receptory mohou tedy nastat tři situace: 1) v nepřítomnosti receptoru je míra acetylace histonů, a tím i stav chromatinu a potažmo míra transkripce na základní úrovni; 2) v přítomnosti receptoru neobsazeného ligandem jsou histony deacetylovány, chromatin zahuštěn a transkripce je potlačena; 3) v přítomnosti ligandem aktivovaného receptoru dochází ke zvýšené acetylaci histonů, rozvinutí chromatinu a ke zvýšení míry transkripce (Wolffe, 1997). Jak již bylo zmíněno, některé nukleární receptory se vážou na DNA jako monomery (Meinke a Sigler, 1999). Většina nukleárních receptorů však k tomu nemá dostatečnou afinitu, proto se na DNA vážou ve formě dimeru. Receptory steroidních hormonů se vážou jako homodimery na HRE, kterým jsou dvě vazebné sekvence v invertním postavení, oddělené jedním až třemi nukleotidy. Nukleární receptory nesteroidních ligandů se vážou ve formě homodimerů nebo heterodimerů s RXR na HRE, kterým jsou dvě vazebné sekvence v přímém postavení, oddělené jedním až šesti nukleotidy. Při vazbě heterodimeru se RXR váže na 5´ konec HRE a vazebný partner (TR, VDR, PXR, CAR, PPAR, LXR, FXR) na 3´ konec HRE (Glass, 1994). Aktivace nukleárních receptorů probíhá přímo, tedy vazbou ligandu na receptor. Ligandy nukleárních receptorů bývají obvykle relativně malé, lipofilní molekuly, které se přes membrány dostávají prostou difuzí, nebo membránovými póry (Jones et al., 2000). Např. u CAR byla ale popsána také nepřímá aktivace, kdy nedochází k vazbě ligandu na receptor. Jedná se o ne zcela objasněnou kaskádu reakcí, kterou spouští vazba ligandu na transmembránový protein a která vede k vazbě protein fosfatázy na komplex CAR a stabilizačních proteinů nacházející se v cytoplazmě. Po této aktivaci se CAR translokuje do jádra, kde po dimerizaci s RXR aktivuje transkripci cílových genů (Goodwin a Moore, 2004).
Československá fyziologie 63/2014 č. 1
JEDNOTLIVÍ ZÁSTUPCI SIROTČÍCH NUKLEÁRNÍCH RECEPTORŮ PXR (pregnane xenobiotic receptors) PXR byly objeveny v roce 1998. Jejich název je odvozen od faktu, že jsou aktivovány mnohými přirozenými i syntetickými progestiny (Kliewer et al., 1998). PXR jsou lokalizovány především v játrech a střevech, v menší míře jsou exprimovány i v dalších tkáních – např. v ledvinách, plicích a žaludku (Bookout et al., 2006). Na intracelulární lokalizaci PXR není jednotný názor. Některé práce popisují výskyt PXR pouze v jádře, bez ohledu na to, zda jsou ve stavu aktivace ligandem, či nikoliv (Koyano et al., 2004). Jiné práce dokládají cytoplazmatickou lokalizaci PXR a jejich translokaci do jádra, až po aktivaci ligandem (Kawana et al., 2003). Vazebná místa pro PXR byla pozorována v promotorových oblastech mnoha genů kódujících enzymy I. i II. fáze metabolismu léčiv a detoxifikační transportní proteiny. Konkrétně se jedná o CYP3A, CYP2C, CYP2B a CYP7A podrodiny enzymů, glutathion-S-transferázy a transportéry MRP1, MRP2 a OATP2 (Orans et al., 2005). Mezi ligandy PXR patří mnohé látky exogenního i endogenního původu. Jako ligand vázající se na lidské PXR byl popsán např. pregnenolon a jeho metabolity, vitamín E, 9-cis retinová kyselina, hyperforin, či mnohá léčiva (cyproteron acetát, dexametazon, fenobarbital, klotrimazol, mifepriston, rifampicin, ritonavir, spironolakton, tamoxifen, troglitazon). Jako dosud nejsilnější aktivátor PXR byl popsán SR12813 (tetraethyl 2-(3,5-di-terc-butyl-4-hydroxyfenyl)ethenyl-1,1-bisfosfonát) (Jones et al., 2000; Lehmann et al., 1998; Zhou et al., 2004; Wentworth et al., 2000; Dussault et al., 2001; Desai et al., 2002). Takovou diverzitu ligandů nevykazuje žádný, dosud známý nukleární receptor. Z tohoto důvodu, a ve spojitosti s velkým množstvím biotransformačních enzymů a detoxifikačních lékových transportérů, které ovlivňují, jsou PXR považovány za klíčový faktor v systému ochrany organismu před intoxikací xenobiotiky, či vysokou hladinou endogenních látek (Orans et al., 2005). PXR jsou navíc zapojeny i do regulace metabolismu a exkrece cholesterolu a žlučových kyselin, kde klíčovou roli hraje inhibice transkripce genu kódujícího enzym CYP7A1 a indukce transkripce genů kódujících transportéry OATP2 a MRP2 (Jonker et al., 2012). PXR se též podílí na regulaci energetického metabolismu (Wada et al., 2009). CAR (constitutive androstane receptors) CAR byly objeveny roku 1994 metodami molekulární biologie (screeningem lidské cDNA knihovny, za použití oligonukleotidů odpovídajících P-boxu již známých NR) (Baes et al., 1994). Název konstitutivní byl odvozen od skutečnosti, že se na DNA vážou ve formě dimeru s RXR, a androstanový, protože jejich endogenními ligandy (ovšem inaktivujícími jeho funkci) jsou androstanové metabolity (5α-androstan-3α-ol a 5α-androstan-16-en-3α-ol) (Baes et al., 1994; Forman et al., 1998). CAR jsou lokalizovány především v hepatocytech, 21
méně pak v enterocytech (Bookout et al., 2006). Intracelulárně jsou CAR přítomny v cytoplazmě odkud se translokují do jádra po jejich aktivaci, která může probíhat přímou, nebo nepřímou cestou (Goodwin a Moore, 2004). CAR regulují transkripci genů pro CYP2B, CYP3A a CYP2C podrodiny enzymů, glukuronosyl transferázu UGT1A1, glutathion-S-transferázy, a dále pro transportéry OATP2, MRP1 a MRP2 (Chen et al., 2012). Kromě androstanových metabolitů jsou CAR inaktivovány clotrimazolem, aktivujícími ligandy jsou např. endogenní bilirubin či některá xenobiotika (CITCO, TCPOBOP, fenobarbital, fenytoin a slabě též statiny) (Willson a Kliewer, 2002; Huang et al., 2003; Wang et al., 2004; Maglich et al., 2003; Howe et al., 2011). Společně s PXR mají CAR hlavně detoxifikační funkci – indukují eliminaci xenobiotik či odpadních produktů metabolismu endogenních látek (Wang et al., 2012). Novější výzkumy ukazují, že se oba tyto NR podílejí také na regulaci energetického metabolismu lipidů a glycidů (Wada et al., 2009). PPAR (peroxisome proliferator activated receptors) Jako první byly v roce 1990 objeveny PPARα. Jsou popsány tři podtypy receptorů aktivujících proliferaci peroxizomů, a sice PPARα, PPARβ a PPARγ. PPARα jsou nejvíce exprimovány v játrech, srdci, ledvinách, střevech a hnědé tukové tkáni. PPARβ se nejvíce nacházejí v mozku, ledvinách a tenkém střevě. PPARγ jsou lokalizovány především ve slezině, střevech a především v adipocytech (Bookout et al., 2006). PPARγ se vyskytují ještě v dalších dvou izoformách – PPARγ1 a PPARγ2 (Zhu et al., 1995). Na cílová místa DNA se PPAR vážou ve formě heterodimeru s RXR (Glass, 1994). Strukturní analýzy LBD PPAR ukázaly, že prostor pro vazbu ligandu je dvakrát až třikrát větší než u ostatních NR. To patrně umožňuje vysokou variabilitu ligandů (Moras a Gronemeyer, 1998). PPAR regulují genovou expresi CYP4A (Johnson et al., 1996), proto hrají významnou roli v regulaci metabolismu lipidů (Poulsen et al., 2012). PPARγ se též účastní transkripční kontroly procesů, jako je zánět, růst a diferenciace buněk, a regulují inzulínovou senzitivitu tkání. Z tohoto důvodu jsou hledány možnosti využití PPARγ jako cílové struktury v terapii metabolických a onkologických chorob (Schmidt et al., 2010). Ligandy PPARα jsou např. mnohé mastné kyseliny, eikosanoidy, nesteroidní antiflogistika či fibráty (Corton et al., 2000a; Corton et al., 2000b). PPARγ jsou rovněž aktivovány mastnými kyselinami a eikosanoidy, jejich specifickými ligandy jsou navíc thiazolidindiony – skupina perorálních antidiabetik. Prostřednictvím PPARγ snižují inzulínovou rezistenci v tukové, svalové a jaterní tkáni (Saraf et al., 2012). LXR (liver xenobiotic receptors) Také LXR byly objeveny dříve, než byly popsány jejich ligandy. Jejich název byl odvozen od majoritní lokalizace v játrech. V současnosti jsou popsány dva podtypy tohoto receptoru LXRα a LXRβ. LXRα se nachází především 22
v játrech, méně pak v ledvinách, tenkém střevě a slezině, LXRβ se vyskytuje téměř ve všech tkáních (Bookout et al., 2006). Intracelulárně jsou LXR lokalizovány v jádře, transkripci aktivují ve formě heterodimeru s RXR (Glass, 1994). Jako první byla popsána LXR zprostředkovaná regulace genové exprese CYP7A podrodiny enzymů. Vzhledem k tomu, že enzymy patřící do CYP7A podrodiny katalyzují přeměnu cholesterolu na žlučové kyseliny (např. CYP7A1, neboli cholesterol-7α-hydroxyláza), mají LXR významnou úlohu v metabolické eliminaci cholesterolu. Za tuto fyziologickou funkci jsou odpovědné především LXRα (u geneticky modifikovaných myší bez LXRα, ale se zachovalými LXRβ dochází ke kumulaci cholesterolu) (Lehmann et al., 1997; Peet et al., 1998). Následující výzkum ukázal, že LXR regulují expresi mnoha dalších struktur podílejících se na udržování homeostázy lipidů a glycidů a také na potlačování zánětu (Baranowski, 2008; Michael et al., 2012). Aktivujícími ligandy LXR jsou endogenní oxysteroly, velmi účinnými aktivátory jsou (24S,25)-epoxy-cholesterol a (24S)-hydroxy-cholesterol. Cholesterol sám LXR neaktivuje (Lehmann et al., 1997; Peet et al., 1998). Byly popsány také syntetické (exogenní) aktivátory LXR – např. látka T0901317 či GW3965 (Chisholm et al., 2003; Joseph et al., 2002). FXR (farnesoid xenobiotic receptors) FXR byly objeveny v roce 1995. Pomocí sondy odpovídající vysoce konzervativnímu P-boxu DBD nukleárních receptorů byl detekován gen a následně struktura FXR. Současně byla také popsána jejich aktivace farnesolem – odtud také pochází název FXR (Forman et al., 1995). Tyto receptory se vyskytují nejvíce v játrech a střevech (Bookout et al., 2006). Na DNA se vážou, podobně jako ostatní orphan NR, ve formě heterodimeru s RXR (Forman et al., 1995; Glass, 1994). FXR ovlivňují transkripci genů např. pro cholesterol-7α-hydroxylázu (CYP7A1), sterol-12α-hydroxylázu (CYP8B1), MRP2, transportní protein solí žlučových kyselin (BSEP – bile salt export pump) a protein vázající žlučové kyseliny ve střevě (IBABP – ileal bile acid-binding protein). Endogenními ligandy aktivujícími FXR jsou různé žlučové kyseliny (cholová, chenodeoxycholová, deoxycholová, lithocholová) (Matsubara et al., 2013). FXR jsou tedy významným činitelem pro udržení homeostázy žlučových kyselin. Po aktivaci zvýšenou hladinou žlučových kyselin inhibují FXR jejich biosyntézu v játrech (inaktivují transkripci CYP7A1, CYP8B1) a naopak aktivují jejich export do žlučovodů (aktivací transkripce BSEP) a snižují jejich resorpci ze střev (aktivací transkripce IBABP) (Lu et al., 2000). Ukazuje se, že funkce FXR je mnohem komplexnější − podílejí se na regulaci lipidového a glycidového metabolismu a také snižují patologicky zvýšenou expresi některých genů při zánětu (Hollman et al., 2012; Stanimirov et al., 2012). V současné době se zkoumá možnost využití selektivních agonistů FXR v terapii primární biliární cirhózy, nealkoholické steatózy jater či diabetu mellitu (Stanimirov et al., 2012; Carey a Lindor, 2012).
Československá fyziologie 63/2014 č. 1
RXR (retinoid xenobiotic receptors) Poprvé byly v roce 1990 popsány RXRα jako produkt exprese genu nalezeného pomocí sondy, odpovídající DBD již známých receptorů RAR (retinoic acid receptors) (Mangelsdorf et al., 1990). Následně byly objeveny další dva podtypy RXRβ a RXRγ (Mangelsdorf et al., 1992). RXRα se nacházejí především v játrech, svalech, ledvinách a plicích, méně pak ve slezině, srdci a nadledvinách. RXRβ se vyskytují ve všech tkáních kromě jater, střev a varlat, zatímco výraznější exprese RXRγ byla pozorována pouze v kosterních svalech, srdci a nervové soustavě, především pak u embryí (Mangelsdorf et al., 1992). Význam RXR spočívá v tom, že tvoří s mnoha ostatními NR (TR, VDR, PXR, CAR, PPAR, LXR, FXR) heterodimery (Glass, 1994). Tato dimerizace je nezbytná pro vazbu mnohých NR na specifická vazebná místa na DNA, RXR proto hrají v signálních drahách těchto NR velmi důležitou roli. Jako přirozený ligand RXR byla identifikována kyselina 9-cis-retinová (Heyman et al., 1992). Tento výzkum se stal podkladem reverzní endokrinologie, kdy objev vazebné struktury (receptoru) vede k identifikaci nového ligandu (hormonu) (Giguère, 1999). V současné době probíhá výzkum RXR ligandů, kteří působí jako čistí/parciální agonisté/antagonisté, či heterodimer-selektivní
agonisté (aktivují RXR, jen když je jejich dimerizačním partnerem konkrétní NR) a možnost jejich využití ve farmakoterapii metabolických či onkologických onemocnění (Dawson a Xia, 2012; Vaz a de Lera, 2012). V současné době je již známo velké množství sirotčích nukleárních receptorů. U výše popsaných zástupců jsou dobře prozkoumány jejich fyziologické funkce a jsou známy jejich přirozené i exogenní ligandy. Existuje ale celá řada dalších NR (např. HNF4, FTZ-F1, TR2, COUP-TF, NGFI-B, GCNF, SHP aj.), u nichž se stále nepodařilo nalézt jejich ligandy, a také jejich začlenění do fyziologických procesů v organizmech není vždy zcela objasněno. Poděkování: tento článek vznikl za podpory projektu Univerzity Karlovy PRVOUK P25/LF1/2. PharmDr. Martin Šíma Farmakologický ústav 1. LF UK a VFN v Praze Albertov 4 128 00 Praha 2 E-mail:
[email protected]
LITERATURA 1.
Baes M, Gulick T, Choi HS, Martinoli MG, Simha D Moore DD. A new orphan member of the nuclear hormone receptor superfamily that interacts with a subset of retinoic acid response elements. Mol Cell Biol, 14(3), 1994, s. 1544-1552. 2. Baranowski M. Biological role of liver X receptors. J Physiol Pharmacol, 59 Suppl 7, 2008, s. 31-55. 3. Bookout AL, Jeong Y, Downes M, Yu RT, Evans RM, Mangelsdorf DJ. Anatomical profiling of nuclear receptor expression reveals a hierarchical transcriptional network. Cell, 126(4), 2006, s. 789-799. 4. Carey EJ, Lindor KD. Current pharmacotherapy for cholestatic liver disease. Expert Opin Pharmacother, 13(17), 2012, s. 2473-2484. 5. Chen JD, Evans RM. A transcriptional co-repressor that interacts with nuclear hormone receptors. Nature, 377(6548), 1995, s. 454-457. 6. Chen Y, Tang Y, Guo C, Wang J, Boral D, Nie D. Nuclear receptors in the multidrug resistance through the regulation of drug-metabolizing enzymes and drug transporters. Biochem Pharmacol, 83(8), 2012, s. 1112-1126. 7. Chisholm JW, Hong J, Mills SA, Lawn RM. The LXR ligand T0901317 induces severe lipogenesis in the db/db diabetic mouse. J Lipid Res, 44(11), 2003, s. 2039-2048. 8. Committee NRN. A unified nomenclature system for the nuclear receptor superfamily. Cell, 97(2), 1999, s. 161-163. 9. Corton JC, Anderson SP, Stauber A. Central role of peroxisome proliferator-activated receptors in the actions of peroxisome proliferators. Annu Rev Pharmacol Toxicol, 40, 2000a, s. 491-518. 10. Corton JC, Lapinskas PJ, Gonzalez FJ. Central role of PPARalpha in the mechanism of action of hepatocarcinogenic peroxisome proliferators. Mutat Res, 448(2), 2000b, s. 139-151. 11. Dawson MI, Xia Z. The retinoid X receptors and their ligands. Biochim Biophys Acta, 1821(1), 2012, s. 21-56. 12. Desai PB, Nallani SC, Sane RS, Moore LB, Goodwin BJ, Buckley DJ, Buckley AR. Induction of cytochrome P450 3A4 in primary human hepatocytes and activation of the human pregnane X receptor by tamoxifen and 4-hydroxytamoxifen. Drug Metab Dispos, 30(5), 2002, s. 608-612.
Československá fyziologie 63/2014 č. 1
13. Dussault I, Lin M, Hollister K, Wang EH, Synold TW, Forman BM. Peptide mimetic HIV protease inhibitors are ligands for the orphan receptor SXR. J Biol Chem, 276(36), 2001, s. 33309-33312. 14. Forman BM, Goode E, Chen J, Oro AE, Bradley DJ, Perlmann T, Noonan DJ, Burka LT, McMorris T, Lamph WW, Evans RM, Weinberger C. Identification of a nuclear receptor that is activated by farnesol metabolites. Cell, 81(5), 1995, s. 687-693. 15. Forman BM, Tzameli I, Choi HS, Chen J, Simha D, Seol W, Evans RM, Moore DD. Androstane metabolites bind to and deactivate the nuclear receptor CAR-beta. Nature, 395(6702), 1998, s. 612-615. 16. Giguère V. Orphan nuclear receptors: from gene to function. Endocr Rev, 20(5), 1999, s. 689-725. 17. Glass CK. Differential recognition of target genes by nuclear receptor monomers, dimers, and heterodimers. Endocr Rev, 15(3), 1994, s. 391-407. 18. Goodwin B, Moore JT. CAR: detailing new models. Trends Pharmacol Sci, 25(8), 2004, s. 437-441. 19. Heyman RA, Mangelsdorf DJ, Dyck JA, Stein RB, Eichele G, Evans RM, Thaller C. 9-cis retinoic acid is a high affinity ligand for the retinoid X receptor. Cell, 68(2), 1992, s. 397-406. 20. Hollman DA, Milona A, van Erpecum KJ, van Mil SW. Anti-inflammatory and metabolic actions of FXR: insights into molecular mechanisms. Biochim Biophys Acta, 1821(11), 2012, s. 1443-1452. 21. Howe K, Sanat F, Thumser AE, Coleman T, Plant N. The statin class of HMG-CoA reductase inhibitors demonstrate differential activation of the nuclear receptors PXR, CAR and FXR, as well as their downstream target genes. Xenobiotica, 41(7), 2011, s. 519-529. 22. Huang W, Zhang J, Chua SS, Qatanani M, Han Y, Granata R, Moore DD. Induction of bilirubin clearance by the constitutive androstane receptor (CAR). Proc Natl Acad Sci U S A, 100(7), 2003, s. 4156-4161. 23. Johnson EF, Palmer CN, Griffin KJ, Hsu MH. Role of the peroxisome proliferator-activated receptor in cytochrome P450 4A gene regulation. FASEB J, 10(11), 1996, s. 1241-1248. 24. Jones SA, Moore LB, Shenk JL, Wisely GB, Hamilton GA, McKee DD, Tomkinson NC, LeCluyse EL, Lamber, MH, Willson TM,
23
25. 26.
27. 28. 29.
30.
31.
32.
33. 34.
35.
36. 37. 38. 39.
24
Kliewer SA, Moore JT. The pregnane X receptor: a promiscuous xenobiotic receptor that has diverged during evolution. Mol Endocrinol, 14(1), 2000, s. 27-39. Jonker JW, Liddle C, Downes M. FXR and PXR: potential therapeutic targets in cholestasis. J Steroid Biochem Mol Biol, 130(3-5), 2012, s. 147-158. Joseph SB, McKilligin E, Pei L, Watson MA, Collins AR, Laffitte BA, Chen M, Noh G, Goodman J, Hagger GN, Tran J, Tippin TK, Wang X, Lusis AJ, Hsueh WA, Law RE, Collins JL, Willson TM, Tontonoz P. Synthetic LXR ligand inhibits the development of atherosclerosis in mice. Proc Natl Acad Sci U S A, 99(11), 2002, s. 7604-7609. Kawana K, Ikuta T, Kobayashi Y, Gotoh O, Takeda K, Kawajiri K. Molecular mechanism of nuclear translocation of an orphan nuclear receptor, SXR. Mol Pharmacol, 63(3), 2003, s. 524-531. Kliewer SA, Lehmann JM, Willson TM. Orphan nuclear receptors: shifting endocrinology into reverse. Science, 284(5415), 1999, s. 757-760. Kliewer SA, Moore JT, Wade L, Staudinger JL, Watson MA, Jones SA, McKee DD, Oliver BB, Willson TM, Zetterström RH, Perlmann T, Lehmann JM. An orphan nuclear receptor activated by pregnanes defines a novel steroid signaling pathway. Cell, 92(1), 1998, s. 73-82. Koyano S, Kurose K, Saito Y, Ozawa S, Hasegawa R, Komamura K, Ueno K, Kamakura S, Kitakaze M, Nakajima T, Matsumoto K, Akasawa A, Saito H, Sawada J. Functional characterization of four naturally occurring variants of human pregnane X receptor (PXR): one variant causes dramatic loss of both DNA binding activity and the transactivation of the CYP3A4 promoter/enhancer region. Drug Metab Dispos, 32(1), 2004, s. 149-154. Lehmann JM, Kliewer SA, Moore LB, Smith-Oliver TA, Oliver BB, Su JL, Sundseth SS, Winegar DA, Blanchard DE, Spencer TA, Willson TM. Activation of the nuclear receptor LXR by oxysterols defines a new hormone response pathway. J Biol Chem, 272(6), 1997, s. 3137-3140. Lehmann JM, McKee DD, Watson MA, Willson TM, Moore JT, Kliewer SA. The human orphan nuclear receptor PXR is activated by compounds that regulate CYP3A4 gene expression and cause drug interactions. J Clin Invest, 102(5), 1998, s. 1016-1023. Lu TT, Makishima M, Repa JJ, Schoonjans K, Kerr TA, Auwerx J, Mangelsdorf DJ. Molecular basis for feedback regulation of bile acid synthesis by nuclear receptors. Mol Cell, 6(3), 2000, s. 507-515. Maglich JM, Parks DJ, Moore LB, Collins JL, Goodwin B, Billin AN, Stoltz CA, Kliewer SA, Lambert MH, Willson TM, Moore JT. Identification of a novel human constitutive androstane receptor (CAR) agonist and its use in the identification of CAR target genes. J Biol Chem, 278(19), 2003, s. 17277-17283. Mangelsdorf DJ, Borgmeyer U, Heyman RA, Zhou JY, Ong ES, Oro AE, Kakizuka A, Evans RM. Characterization of three RXR genes that mediate the action of 9-cis retinoic acid. Genes Dev, 6(3), 1992, s. 329344. Mangelsdorf DJ, Ong ES, Dyck JA, Evans RM. Nuclear receptor that identifies a novel retinoic acid response pathway. Nature, 345(6272), 1990, s. 224-229. Matsubara T, Li F, Gonzalez FJ. FXR signaling in the enterohepatic system. Mol Cell Endocrinol, 368(1-2), 2013, s. 17-29. McKenna NJ, Lanz RB, O‘Malley BW. Nuclear receptor coregulators: cellular and molecular biology. Endocr Rev, 20(3), 1999, s. 321-344. Meinke G, Sigler PB. DNA-binding mechanism of the monomeric orphan nuclear receptor NGFI-B. Nat Struct Biol, 6(5), 1999, s. 471-477.
40. Michael DR, Ashlin TG, Buckley ML, Ramji DP. Liver X receptors, atherosclerosis and inflammation. Curr Atheroscler Rep, 14(3), 2012, s. 284-293. 41. Moras D, Gronemeyer H. The nuclear receptor ligand-binding domain: structure and function. Curr Opin Cell Biol, 10(3), 1998, s. 384-391. 42. Orans J, Teotico DG, Redinbo MR. The nuclear xenobiotic receptor pregnane X receptor: recent insights and new challenges. Mol Endocrinol, 19(12), 2005, s. 2891-2900. 43. Peet DJ, Turley SD, Ma W, Janowski BA, Lobaccaro JM, Hammer RE, Mangelsdorf DJ. Cholesterol and bile acid metabolism are impaired in mice lacking the nuclear oxysterol receptor LXR alpha. Cell, 93(5), 1998, s. 693-704. 44. Poulsen L, Siersbæk M, Mandrup S. PPARs: fatty acid sensors controlling metabolism. Semin Cell Dev Biol, 23(6), 2012, s. 631-639. 45. Pratt WB, Toft DO. Steroid receptor interactions with heat shock protein and immunophilin chaperones. Endocr Rev, 18(3), 1997, s. 306360. 46. Saraf N, Sharma PK, Mondal SC, Garg VK, Singh AK. Role of PPARg2 transcription factor in thiazolidinedione-induced insulin sensitization. J Pharm Pharmacol, 64(2), 2012, s. 161-171. 47. Schmidt MV, Brüne B, von Knethen A. The nuclear hormone receptor PPARγ as a therapeutic target in major diseases. ScientificWorldJournal, 10, 2010, s. 2181-2197. 48. Stanimirov B, Stankov K, Mikov M. Pleiotropic functions of bile acids mediated by the farnesoid X receptor. Acta Gastroenterol Belg, 75(4), 2012, s. 389-398. 49. Vaz B, de Lera Á. Advances in drug design with RXR modulators. Expert Opin Drug Discov, 7(11), 2012, s. 1003-1016. 50. Wada T, Gao J, Xie W. PXR and CAR in energy metabolism. Trends Endocrinol Metab, 20(6), 2009, s. 273-279. 51. Wang H, Faucette S, Moore R, Sueyoshi T, Negishi M, LeCluyse E. Human constitutive androstane receptor mediates induction of CYP2B6 gene expression by phenytoin. J Biol Chem, 279(28), 2004, s. 29295-29301. 52. Wang YM, Ong SS, Chai SC, Chen T. Role of CAR and PXR in xenobiotic sensing and metabolism. Expert Opin Drug Metab Toxicol, 8(7), 2012, s. 803-817. 53. Wentworth JM, Agostini M, Love J, Schwabe JW, Chatterjee VK. St John‘s wort, a herbal antidepressant, activates the steroid X receptor. J Endocrinol, 166(3), 2000, s. R11-6. 54. Willson TM, Kliewer SA. PXR, CAR and drug metabolism. Nat Rev Drug Discov, 1(4), 2002, s. 259-266. 55. Wolffe AP. Transcriptional control. Sinful repression. Nature, 387(6628), 1997, s. 16-17. 56. Zhao Q, Khorasanizadeh S, Miyoshi Y, Lazar MA, Rastinejad F. Structural elements of an orphan nuclear receptor-DNA complex. Mol Cell, 1(6), 1998, s. 849-861. 57. Zhou C, Tabb MM, Sadatrafiei A, Grün F, Blumberg B. Tocotrienols activate the steroid and xenobiotic receptor, SXR, and selectively regulate expression of its target genes. Drug Metab Dispos, 32(10), 2004, s. 1075-1082. 58. Zhu Y, Qi C, Korenberg JR, Chen XN, Noya D, Rao MS, Reddy JK. Structural organization of mouse peroxisome proliferator-activated receptor gamma (mPPAR gamma) gene: alternative promoter use and different splicing yield two mPPAR gamma isoforms. Proc Natl Acad Sci U S A, 92(17), 1995, s. 7921-7925.
Československá fyziologie 63/2014 č. 1
