Ядерные рецепторы

Определение "Ядерные рецепторы" в ЭБНБ

Ядерные рецепторы и их лиганды

Ядерные рецепторы гормонов и ряда других биологически активных веществ представлены семейством негистоновых белков, связанных с хроматином ядра клетки и включают рецепторы стероидных гормонов (эстрогенов, прогестагенов, андрогенов, глюкокортикоидов, минералокортикоидов, витамина D, экдистероидов), тиреоидных гормонов, ретиноидов, а также другие рецептор-подобные молекулы (так называемые orphan-рецепторы), лиганды которых в настоящее время полностью не описаны (рис.). В отличие от рецепторов пептидных гормонов, локализованных на поверхности плазматической мембраны и требующих наличия второго посредника для реализации своих клеточных эффектов, ядерные рецепторы, как это следует из их названия, располагаются в ядре клетки и по лиганд-зависимому механизму действуют как кофакторы (коактиваторы или корепрессоры) транскрипционных факторов, регулируя экспрессию генов, промотор которых содержит чувствительный к действию регулятора элемент.

Цинковый палец

Низкомолекулярные биорегуляторы, действие которых опосредовано связыванием со специфическим рецептором в клеточном ядре, таким образом управляют ключевыми для жизнедеятельности клетки молекулярными процессами — синтезом ферментов, белков- переносчиков и других белков (то есть метаболизмом, трансмембранным переносом и др.), клеточным циклом (то есть процессами деления, роста и дифференцировки клетки) и многими другими тонкими процессами, которые составляют самую сущность самоподдержания и самообновления клеточной системы. В результате клетки тканей и органов организма получают способность адресно перепрограммировать транскрипционную активность своих генов, координированно отвечая на действие средовых и внутренних стимулов. Отдельные клетки (клетки-мишени) отличаются по своей чувствительности к действию специфического регулятора, что может быть связано, например, с преимущественным распределением того или иного подтипа рецепторов либо количественными различиями в суммарной аффинности (связывающей способности) рецепторов.

Аминокислотные последовательности ядерных рецепторов

Первичная структура большинства ядерных рецепторов была установлена путем секвенирования их соответствующих кДНК (см. рис.). Хотя различия в аминокислотной последовательности белковых молекул рецепторов обнаруживаются, начиная с 427 аминокислотного остатка рецептора витамина D до 984 остатка рецептора минералокортикоидных гормонов, общие черты структурной организации присущи всем ядерным рецепторам, что дало повод объединить их в одно семейство. В структуре всех внутриклеточных рецепторов присутствует ДНК-связывающий домен размером 66-68 аминокислотных остатков (С на рис.), который обнаруживает высокую степень гомологии с другими членами семейства, а также лиганд-связывающий домен (Е) вариабельного размера и низкой степенью гомологии, который определяет специфичность связывания низкомолекулярного регулятора. ДНК-связывающий фрагмент содержит два так называемых «цинковых пальца» (zinc figgers) - петлевидные структуры, образованные остатками цистеина и глицина, соединенными координационными связями с хелат-ионом цинка. Роль «цинковых пальцев» состоит в специфическом распознавании и связывании чувствительного элемента определенного гена, как правило, в главном желобке молекулы ДНК (рис.).

При воздействии на клетки-мишени стероидным гормоном (например, кортизолом) в условиях in vivo или in vitro образуется два различных комплекса стероид-рецептор. Незначительная фракция меченного гормона обнаруживается в супернатанте или цитозольной фракции гомогената тканей, тогда как большая часть инкорпорированного стероида связана с белком в ядерной фракции и освобождается лишь при дополнительном экстрагирующем воздействии. Показательно, что ассоциация гормон-рецепторного комплекса с компонентами ядерной фракции (т.е. ДНК) прочнее, чем свободного рецептора.
Существенное отличие в связывании тиреоидных гормонов и ретиноевой кислоты состоит в распределении гормон-рецепторного комплекса лишь в ядерной фракции, что подробно рассматривается далее.

Последующими исследованиями было достоверно доказано, что индуцируемая лигандом/гормоном трансформация нативного рецептора присуща рецепторам всех классов стероидных гормонов, но не тиреоидным гормонам. Трансформация рецептора эстрогенов сопровождается также увеличением константы седиментации, что связано с димеризацией рецептора. Хотя трансформация рецептора не обязательно сопровождается его спонтанной димеризацией, установлено, что рецепторы прогестагенов, глюкокортикоидов и тиреоидных гормонов взаимодействуют с чувствительными последовательностями ДНК ядра в димеризованной форме. Оказалось также, что трансформация и димеризация рецепторов стероидных гормонов нередко может протекать с большей скоростью через стадию уменьшения Ks. Этот феномен получил объяснение после описания взаимодействия нативного рецептора с белками теплового шока - разновидностью клеточных chaperons (белков, которые способствуют стабилизации 2-ной структуры мРНК и ряда белков и синтезируются в ответ на предъявление клетке чрезвычайных стимулов). Возможно, что chaperon'bi занимают участок связывания рецептора с чувствительной нуклеотидной последовательностью и освобождают его при трансформации в необычных внутриклеточных условиях (например, в присутствии эндогенных анионов металлов или аминофосфоглицерола). Освобождение места связывания наступает при реакции стероида с анионным центром или в результате индукции аутопротеолитической активности в белках теплового шока. Точное значение этих взаимодействий остается пока неизвестным, хотя можно предполагать их усиливающую и/или разрешающую роль.

Ряд исследований показал, что рецепторы тиреоидных гормонов после их синтеза подвергаются транслокации в ядро и перманентно существует в ДНК-связанной форме (без связи с белками теплового шока) и, таким образом, не претерпевают лиганд-индуцированной трансформации. Также не обнаружено цитозольной формы рецепторов тиреоидных гормонов и ретиноевой кислоты. Клетки чувствительных к действию ретиноевой кислоты тканей содержат так называемый клеточный связывающий белок, CRABP, который может служить цитозольным переносчиком гормона.

Современное прочтение теории двухстадийной активации рецепторов стероидных гормонов заключается в дискуссионности вопроса о присутствии цитозольного рецептора и необходимости его трансформации и транслокации в ядро. Большинство исследователей разделяет мнение о валидности двухстадийной активации рецептора. Спорным остается положение о цитоплазменно-ядерном равновесии распределения рецепторов сам механизм транслокации.