RECETTORI INTRACELLULARIRECETTORI INTRACELLULARI

RECETTORI NUCLEARI (NR)RECETTORI NUCLEARI (NR)

I recettori nucleari legano gli ormoni lipofili.

Gli ormoni lipofili sono gli steroidi, i retinoidi, gli ormoni

tiroidei e la vitamina D. Gli steroidi e la vitamina D3 derivano

dal colesterolo.

LipofiliaLipofilia e capacite capacitàà di diffondere attraverso la membrana di diffondere attraverso la membrana

plasmaticaplasmatica ⇒⇒ recettori recettori intracellulariintracellulari

Sono coinvolti nella regolazione dello sviluppo e nel Sono coinvolti nella regolazione dello sviluppo e nel

mantenimento dellmantenimento dell’’omeostasiomeostasi..

I recettori per gli ormoni steroidei si trovano principalmente

nel citoplasma e in alcuni casi nel nucleo.

I recettori per gli altri ormoni lipofili si trovano solamente nel

nucleo.

MECCANISMO DI CONTROLLO MECCANISMO DI CONTROLLO DELLDELL’’ESPRESSIONE GENICAESPRESSIONE GENICA

I recettori nucleari agiscono come regolatori della

trascrizione dipendenti dal ligando.

Generalmente il legame di un agonista attiva la trascrizione

di determinati geni. In assenza di agonista o in presenza di

antagonisti i NRs hanno attività di silenziamento.

Il legame dellIl legame dell’’agonista non altera lagonista non altera l’’affinitaffinitàà del recettore per del recettore per

il DNAil DNA.

agisce tramite il reclutamento di co-attivatori e co-

repressori nel complesso di trascrizione.

SILENZIAMENTO SILENZIAMENTO ⇒⇒ reclutamento di co-repressori

TRASCRIZIONE TRASCRIZIONE ⇒⇒ reclutamento di co-attivatori

Dna Dna bindingbinding domaindomain (DBD)(DBD) = conservato; 2 motivi zinc-finger

LigandLigand bindingbinding domaindomain (LBD)(LBD) = non conservato

I RECETTORI NUCLEARI HANNO STRUTTURA MODULAREI RECETTORI NUCLEARI HANNO STRUTTURA MODULARE

DNA BINDING DOMAINDNA BINDING DOMAIN

I recettori nucleari si legano al DNA come omodimeri o

eterodimeri.

I NRs riconoscono elementi specifici del DNA chiamati

hormone response elements (elementi di risposta

ormonale).

Queste elementi sono composti da due copie di sequenze

di 6 basi derivate per mutazione e duplicazione dalla

sequenza ancestrale AGGTCA.

Ciascuna delle due sequenze costituisce una half-site

sequence.

I recettori per gli steroidi si legano al DNA come omodimeri e

riconoscono sequenze palindromiche (inverted repeat)

I recettori per gli altri ormoni lipofili si legano al DNA come

eterodimeri con RXR. Le sequenze riconosciute sono del tipo

direct-repeat o everted-repeat.

Il numero di basi che separano le due half-site sequences è

importante per determinare la specificità di interazione.

Il DBD è caratterizzato da 9 residui di Cys altamente conservati 8 dei quali coordinano due ioni zinco. Si formano

quindi 2 motivi zinc-finger, di cui il primo determina l’interazione

con il solco maggiore del DNA e il secondo contribuisce

debolmente alla dimerizzazione.

I DBD possono dimerizzare in presenza di DNA target, mentre

la dimerizzazione a livello dei LBD dipende dalla presenza del

ligando ed è indipendente dalla presenza di DNA.

Zinc finger classico

Zinc fingers del DBD dei recettori nucleari

La forma olo è più compatta rispetto alla forma apo

Più resistente alla proteolisi

Migra più velocemente su gel

LIGAND BINDING DOMAINLIGAND BINDING DOMAIN

Esempio di ampia variazione conformazionale indotta

da ligando

VARIAZIONI CONFORMAZIONALI NELLA VARIAZIONI CONFORMAZIONALI NELLA TRANSIZIONE APO/OLOTRANSIZIONE APO/OLO

1. H2 è presente solo nella forma apo. Nella forma olo

denatura per formare un loop flessibile.

2. H11 si sposta e forma una struttura continua con

H10. Nella forma apo H11 stabilizza la struttura

riempiendo la tasca per il ligando con residui

idrofobici. H11 espone una faccia al solvente nella

forma apo e l’altra faccia nella forma olo. La faccia

esposta nella forma apo contribuisce alla

generazione della superficie di interazione con i

corepressori.

3. Il movimento di H11 permette la rotazione e lo

spostamento di H3 che si pone contro la tasca di

legame del ligando.

4. I movimenti 1, 2 e 3 generano la corretta disposizione

dei residui in contatto con il ligando, chiudono la

tasca del ligando e generano la superficie di

interazione per H12.

5. H12 si posiziona contro la tasca del ligando e

contribuisce a generare la superficie di interazione

per i coattivatori.

Recettore non legato

Corepressor (H3-H4-H11)

“CoRNR-box”

(L/I)xx(I/V)I

Recettore legato Ag

Coactivator (H3-H4-H12)

“NR-box”

LxxLL motif

MECCANISMO DMECCANISMO D’’AZIONE DEGLI AZIONE DEGLI ANTAGONISTIANTAGONISTI

Le strutture olo-LBD e antagonista-LBD sono

praticamente sovrapponibili, con l’eccezione di H12 che

si lega nel solco creato da H3, loop 3/4 e H4. H12 viene

ad occupare quindi il sito di legame per il motivo LxxLL

del co-attivatore.

N.B.N.B. in H12 sono presenti alcuni residui idrofobici

conservati che definiscono un motivo LxxLL degenerato.

Recettore: RARRecettore: RARαα

L’impedimento sterico tra I412 e gruppo sostituente

dell’antagonista fa si che H12 debba assumere una

conformazione a bassa energia diversa da quella

adottata nel complesso con l’agonista.

Tale conformazione è resa possibile dalla

“distensione” di H11.

AGONISMOAGONISMO--ANTAGONISMO PARZIALEANTAGONISMO PARZIALE

Negli antagonisti parziali manca il sostituente voluminoso

H12 si può posizionare come in forma olo

Gli antagonisti parziali determinano distensione H11

Possibile posizionamento H12 nel solco degli antagonisti

Agonista Antagonista Antagonista parziale

Inoltre i ligandi agonisti/antagonisti parziali non riescono

a stabilizzare H12 nella sua posizione olo perché

mancano i contatti tra ligando e H12.

In questo caso H12 può assumere entrambe le posizioni

(agonista e antagonista) e quale sia favorita dipenderà

dalla concentrazione di co-attivatori e co-repressori ⇒l’effetto agonista o antagonista sarà tessuto-specifico.

ER + ER + genisteinagenisteina ((fitofito--estrogenoestrogeno)) ER + ER + raloxifeneraloxifene

ORIGINE MOLECOLARE DELLA SPECIFICITORIGINE MOLECOLARE DELLA SPECIFICITÀÀ--11

(due (due ligandiligandi simili si legano a recettori diversi)simili si legano a recettori diversi)

(es. (es. estradioloestradiolo vsvs progesterone)progesterone)

Gruppi –OH sono donatori di legami idrogeno

Gruppi =O sono accettori di legami idrogeno

ORIGINE MOLECOLARE DELLA SPECIFICITORIGINE MOLECOLARE DELLA SPECIFICITÀÀ--22

(due (due ligandiligandi diversi si possono legare allo stesso diversi si possono legare allo stesso

recettore)recettore)

(es. RXR e RAR)(es. RXR e RAR)

RXR lega solo l’acido retinoico 9-cis

RAR lega l’acido retinoico 9-cis e l’acido retinoico all-trans