Receptor nuclear

En bioloxía molecular, os receptores nucleares son un tipo de proteínas que se encontran dentro das células que son responsables de detectar certas moléculas, como por exemplo as hormonas esteroides e tiroides. Como resposta á unión a estas moléculas, os receptores traballan conxuntamente con outras proteínas regulando a expresión de xenes específicos, controlando así o desenvolvemento, homeostase, e metabolismo do organismo.

Os receptores nucleares teñen a capacidade de unirse directamente ao ADN e regular a expresión de xenes adxacentes, polo que estes receptores se clasifican como factores de transcrición. A regulación da expresión xénica feita polos receptores nucleares xeralmente só ocorre cando está presente un ligando (unha molécula que afecta ao comportamento do receptor). Máis especificamente, a unión do ligando a un receptor nuclear dá lugar a un cambio conformacional no receptor, o cal, á súa vez, activa o receptor, o que ten como resultado a regulación da expresión xénica á alza ou á baixa.

Unha característica peculiar dos receptores nucleares, que os diferencia doutras clases de receptores, é a súa capacidade de interaccionar directamente co ADN e controlar a expresión do ADN xenómico. Como consecuencia, os receptores nucleares xogan un papel clave no desenvolvemento embrionario e na homeostase do adulto. Como se discute máis abaixo, os receptores nucleares poden clasificarsse de acordo co seu mecanismo de acción ou segundo a súa homoloxía.

 Distribución entre as especies 
Os receptores nucleares son específicos dos animais e non se encontran en protistas, algas, fungos, ou plantas. Entre as primeiras liñas animais que apareceron na evolución con xenomas secuenciados, informouse da presenza de dous destes receptores na esponxa Amphimedon queenslandica, outros dous no ctenóforo Mnemiopsis leidyi catro no placozoo Trichoplax adhaerens e 17 no cnidario Nematostella vectensis. Atopáronse 270 receptores nucleares no nematodo C. elegans. Os humanos, ratos e ratas teñen respectivamente 48, 49, e 47 receptores nucleares.

 Ligandos 
 miniatura|475px|Estruturas de ligandos de receptores endóxenos seleccionados e os nomes dos receptores aos que se une cada un.

Entre os ligandos que se unen e activan os recptores nucleares están substancias lipófilas como as hormonas endóxenas, as vitaminas A e D, e perturbadores endócrinos xenobióticos. Como a expresión dun gran número de xenes está regulada por receptores nucleares, os ligandos que activan estes receptores poden ter profundos efectos sobre o organismo. Moitos destes xenes regulados están asociados con varias doenzas, o que explica por que as dianas moleculares de moitos fármacos son receptores nucleares (por exemplo nos Estados Unidos son o 13% dos fármacos aprobados pola FDA).

Certos receptores nucleares, denominados receptores orfos, non teñen ligandos endóxenos coñecidos (ou polo menos aceptados xeneralizadamente). Algúns destes receptores, como o FXR, LXR, e o PPAR únense a varios intermediarios metabólicos, como ácidos graxos, ácidos biliares e esterois con afinidade relativamente baixa. Estes receptores poden, por tanto, funcionar como sensores metabólicos. Outros receptores nuceares, como o CAR e o PXR parecen funcionar como sensores xenobióticos que regulan á alza a expresión de encimas citocromo P450 que metabolizan estes xenobióticos.

 Estrutura 

A maioría dos receptores nucleares teñen unha masa molecular entre 50.000 e 100.000 daltons.

Os receptores nucleares son de estrutura modular e conteñen os seguintes dominios estruturais:

 (A-B) Dominio regulador N-terminal: Contén a función de activación 1 (AF-1) cuxa acción é independente da presenza do ligando. A activación transcricional de AF-1 é normalmente moi feble, pero non se sinerxiza con AF-2 no dominio E (véxase máis abaixo) para producir unha regulación á alza máis robusta da expresión xénica. O dominio A-B é moi variable en secuencia entre varios receptores nucleares.
 (C) Dominio de unión ao ADN (DBD): Un dominio moi conservado que contén dous dedos de zinc que se unen a secuencias específicas de ADN chamadas elementos de resposta a hormonas (HRE, do inglés hormone response element).
 (D) Rexión bisagra: Crese que é un dominio flexible que conecta o dominio de unión ao ADN (DBD) co dominio de unión ao ligando (LBD). Inflúe no tráfico intracelular e na distribución subcelular.
 (E) Dominio de unión ao ligando (LBD): Un dominio de secuencia moderadamente conservada e de estrutura moi conservada entre os diversos receptores nucleares. A estrutura do dominio de unión ao ligando (LBD) é un pregamento en sándwich de hélices alfa no cal hai tres helices alfa antiparalelas (o "recheo" do sándwich) que están flanqueadas por dúas hélices alfa nun dos lados e tres no outro lado (o "pan" do sándwich). A cavidade para a unión do ligando está no interior do LBD e xusto debaixo das tres hélices alfa antiparalelas do "recheo" do sándwich. Xunto co dominio de unión ao ADN, o dominio de unión ao ligando contribúe á interface de dimerización do receptor, e ademais, a el únense proteínas coactivatoras e correpresoras. O dominio de unión ao ligando tamén contén a función de activación 2 (AF-2), cuxa acción depende de que haxa un ligando unido.
 (F) Dominio C-terminal: Moi variable en secuencia entre diversos receptores nucleares.

Os dominios N-terminal (A/B), de unión ao ADN (C), e de unión ao ligando (E) están ben pregados independentemente e son estruturalmente estables, mentres que a rexión bisagra (D) e os dominios opcionais C-terminais (F) poden ser conformacionalmente flexibles e desordenados. As orientacións relativas dos dominios son moi diferentes se comparamos as tres estruturas cristalinas multidominio coñecidas; dous deles únense en DR1, e un únese en DR4.

miniatura|415px|Receptores Nucleares de Organización EstruturalArriba – Secuencia de aminoácidos esquemática en 1D dun receptor nuclear.Abaixo – Estruturas 3D das rexións do dominio de unión ao ADN (unido ao ADN) e do dominio de unión ao ligando (unido a unha hormona) do receptor nuclear. As estruturas ilustradas son do receptor de estróxenos. As estruturas experimentais do dominio N-terminal (A/B), rexión bisagra (D), e dominio C-terminal (F) non foron determinados e están representados en liñas descontinuas en vermello, púrpura e laranxa, respectivamente.

 Mecanismo de acción 
miniatura|475px|Mecanismo de acción do receptor nuclear de tipo I. Esta figura ilustra o mecanismo du receptor nuclear (RN) de clase I que, en ausencia dun ligando, está localizado no citosol. A unión de hormonas ao RN desencadea a disociación de proteínas de shock térmico (HSP), a dimerización, e a translocación ao núcleo, onde o NR se une a unha secuencia específica de ADN chamada elemento de resposta a hormonas (HRE). O complexo ADN-receptor nuclear á súa vez recruta outras proteínas que son responsables da transcrición de ADN augas abaixo orixinando ARNm, que finalmente será traducido a proteínas, o que dá lugar a un cambio no funcionamento celular.
miniatura|475px|Mecanismo de acción do receptor nuclear de tipo II. Esta figura ilustra o mecanismo de acción dun receptor nuclear (RN) de clase II, o cal, independentemente do estado de unión do ligando, está localizado no núcleo unido ao ADN. Nesta ilustración, o receptor nuclear que se mostra é o receptor de hormonas tiroides (TR) heterodimerizado ao RXR. En ausencia de ligando, o TR está unido á proteína correpresora. A unión de ligandos ao TR causa a disociación do correpresor e o recrutamento dunha proteína coactivadora, a cal, á súa vez, recruta proteínas adicionais como a ARN polimerase, que son responsables da transcrición de ADN augas abaixo formando ARN e finalmente proteínas, o cal ten como resultado un cambio no funcionamento da célula.

Os receptores nucleares (RN, ou, en inglés, NR) son proteínas multifuncionais que transducen sinais dos seus ligandos correspondentes. Os receptores nucleares poden clasificarse en dúas grandes clases segundo o seu mecanismo de acción e a distribución subcelular en ausencia de ligando.

As pequenas substancias lipófilas, como moitas hormonas naturais, poden difundir a través da membrana plasmática e únense a receptores nucleares localizados no citosol (os receptores nucleares de tipo I) ou no núcleo (os receptores nucleares de tipo II) da célula. A unión causa un cambio conformacional no receptor, o cal, dependendo da clase de receptor que sexa, desencadea unha fervenza de eventos augas abaixo da súa ruta, que dirixe os receptores nucleares aos sitios de regulación da transcrición do ADN, o que ten como resultado a regulación á alza ou á baixa da expresión xénica. Ademais, identificáronse outras dúas clases de receptores nucleares, que son os de tipo III, que son unha variante do tipo I, e os de tipo IV, que se poden unir ao ADN como monómeros.

En consecuencia, os receptores nucleares poden subdividirse nas seguintes clases segundo o seu mecanismo:

 Tipo I 
A unión do ligando aos receptores nucleares de tipo I no citosol causa a disociación das proteínas de shock térmico, a homodimerización, a translocación (por transporte activo) desde o citoplasma ao núcleo celular, e a unión a secuencias específicas do ADN chamadas elementos de resposta a hormonas (HREs). Os receptores nucleares de tipo I únense a HREs que consisten en dúas rexións (dous "medios sitios") separados por un tramo de lonxitude variable de ADN, e o segundo destes medios sitios ten unha secuencia invertida con respecto ao primeiro (repetición invertida). Os receptores nucleares de tipo I inclúen os membros da subfamilia 3, como o receptor de andróxenos, receptores de estróxenos, receptor de glicocorticoides, e receptor de proxesterona.

Algúns dos receptores nucleares da subfamilia 2 poden unirse a HREs con repeticións directas en vez de con repeticións invertidas. Ademais, algúns receptores nucleares únense tanto a monómeros coma a dímeros, de maneira que só un único dominio de unión ao ADN do receptor se une a un único medio sitio do HRE. Estes receptores nucleares son considerados receptores orfos, dado que os seus ligandos endóxenos son aínda descoñecidos.

Despois, O complexo receptor/ADN recruta outras proteínas que transcriben o ADN augas abaixo a partir do HRE orixinando ARN mensaxeiros e finalmente proteínas, o que causa un cambio no funcionamento celular.

 Tipo II 
Os receptores de tipo II, a diferenza dos de tipo I, quedan retidos no núcleo independentemente do estado de unión co ligando e ademais únense como heterodímeros (xeralmente co RXR) ao ADN. En ausencia de ligando, os receptores nucleares de tipo II están a miúdo en complexo con proteínas correpresoras. A unión de ligandos ao receptor nuclear causa a disociación do correpresor e o recrutamento de proteínas coactivadoras. As proteínas adicionais como a ARN polimerase recrútanse despois e únense ao complexo receptor nuclear/ADN que transcribe o ADN en ARNm.

Os receptores nucleares de tipo II inclúen principalmente á subfamilia 1, por exemplo o receptor do ácido retinoico, o receptor X retinoide e o receptor de hormonas tiroides.

 Tipo III 
Os receptores nucleares de tipo III (principalmenre da subfamilia 2) parécense aos receptores de tipo I en que ambas as clases se unen ao ADN como homodímeros. Porén, os receptores nucleares de tipo III, a diferenza dos de tipo I, únense a HREs con repeticións directas en vez de a HREs con repeticións invertidas.

 Tipo IV 
Os receptores nucleares de tipo IV únense tanto a monómeros coma a dímeros, pero de maneira que só un único dominio de unión ao ADN do receptor se une a un único medio sitio de HRE. Exemplos de receptores de tipo IV poden atoparse na maioría das subfamilias de receptores nucleares.

 Proteínas correguladoras 

Os receptores nucleares que se unen a elementos de resposta a hormonas recrutan un significativo número doutras proteínas (denominadas correguladores da transcrición) que facilitan ou inhiben a transcrición do xene diana asociado a ARNm. As funcións destes correguladores son variadas e inclúen a remodelación da cromatina (facendo que o xene diana sexa máis accesible ou menos á transcrición) ou unha función de ponte para estabilizar a unión doutras proteínas correguladoras. Os receptores nucleares poden unirse especificamente a varias proteínas correguladoras, e deste xeito inflúen nos mecanismos celulares de transdución de sinais de forma directa ou indirecta.

 Coactivatores 
A unión de ligandos agonistas (véxase máis abaixo) a receptores nucleares induce unha conformación do receptor que se une preferencialmente a proteínas coactivadoras. Estas proteínas con frecuencia teñen unha actividade intrínseca de histona acetiltransferase (HAT), que debilita a asociación das histonas co ADN, e promove así a transcrición dos xenes.

 Correpresores 
Ao contrario, a unión de ligandos antagonistas aos receptores nucleares induce unha conformación do receptor que favorece a unión preferencial de proteínas correpresoras. Estas proteínas, á súa vez, recrutan histona desacetilases (HDACs), que fan máis forte a asociación das histonas co ADN, o que reprime a transcrición xénica.

 Agonismo e antagonismo 
miniatura|300px|Base estrutural do mecanismo das accións dos agonistas e antagonistas do receptor nuclear. As estruturas que se mostran son as dos dominios de unión ao ligando (LBD) do receptor de estróxenos (en verde) en complexo co agonista dietilestilbestrol (arriba, ) ou co antagonista 4-hidroxitamoxifeno (abaixo, ). Os ligandos móstranse como esferas (branco = carbono, vermello = oxíxeno). Cando un agonista se une a un receptor nuclear, a hélice alfa C-terminal do LDB (H12; azul claro) está situada para que unha proteína coactivadora (vermella) se poida unir á superficie do LBD. O que se mostra aquí é xusto unha pequena parte dunha proteína coactivadora, a denominada caixa do receptor nuclear que contén o motivo de secuencia de aminoácidos LXXLL. Os antagonistas ocupan a mesma cavidade para a unión de ligandos que o receptor nuclear. Porén, os ligandos antagonistas ademais teñen unha extensión da cadea lateral que despraza estericamente a H12 para ocupar aproximadamente a mesma posición no espazo á que se unen os coactivadores. Por tanto, a unión dos coactivadores ao LBD está bloqueada.

Dependendo do receptor implicado, a estrutura química do ligando e o tecido que é afectado, os ligandos dos receoptores nucleares poden mostrar diversos efectos que van desde o agonismo ao antagonismo e ao agonismo inverso.

 Agonistas 
A actividade dos ligandos endóxenos (como as hormonas estradiol e testosterona) cando se unen aos seus correspondentes receptores nucleares é normalmente regular á alza a expresión xénica. Esta estimulación da expresión xénica polo ligando denomínase resposta agonista. Os efectos agonistas das hormonas endóxenas poden tamén ser imitados por certos ligandos sintéticos, por exemplo, o fármaco antiinflamatorio receptor de glicocorticoides dexametasona. Os ligandos agonistas funcionan inducindo unha conformación do receptor que favorece a unión do coactivador (ver a parte superior da figura da dereita).

 Antagonistas 
Outros ligandos sintéticos de receptores nucleares non teñen un efecto aparente sobre a transcrición xénica en ausencia de ligando endóxeno. Porén, bloquean o efecto do agonista por medio da unión competitiva no mesmo sitio de unión no receptor nuclear. Estes ligandos denomínanse antagonistas. Un exemplo de fármaco antagonista de receptor nuclear é a mifepristona, que se une a receptores de glicocorticoides e de proxesterona e, por tanto, bloquea a actividade das hormonas endóxenas cortisol e proxesterona respectivamente. Os ligandos antagonistas funcionan inducindo unha conformación do receptor, o cal impide a unión do coactivador e promove a unión do correpresor (ver a metade inferior da figura da dereita).

 Agonistas inversos 
Finalmente, algúns receptores nucleares promoven un baixo nivel de transcrición xénica en ausencia de agonistas (tamén denominada actividade constitutiva ou basal). Os ligandos sintéticos, que reducen este nivel basal de actividade en receptores nucleares denomínanse agonistas inversos.

 Moduladores de receptor selectivos 
Varios fármacos que funcionan por medio de receptores nucleares mostran unha resposta agonista nalgúns tecidos e antagonista noutros. Este comportamento pode ter vantaxes substanciais xa que permite manter os efectos terapéuticos beneficiosos desexados dun fármaco á vez que se minimizan os efectos indesexados. Os fármacos que teñen este perfil de acción mixto agonista/antagonista denomínanse moduladores de receptor selectivos (SRMs). Exemplos son os Moduladores do Receptor de Andróxenos Selectivos (SARMs), os Moduladores do Receptor de Estróxenos Selectivos (SERMs) e os Moduladores do Receptor de Proxesterona Selectivos (SPRMs). O mecanismo de accíón dos SRMs pode variar dependendo da estrutura química do ligando e do receptor implicado, aínda que se cre que moitos SRMs funcionan promovendo unha conformación do receptor que está estreitamente equilibrada entre o agonismo e o antagonismo. En tecidos nos que a concentración de proteínas coactivadoras é máis alta que a de correpresores, o equilibrio está inclinado en dirección ao agonista. Inversamente, en tecidos onde domina o correpresor, o ligando compórtase como un antagonista.

 Mecanismos alternativos 
miniatura|480px|Árbore filoxenética dos receptores nucleares humanos.

 Transrepresión 
O mecanismo de acción máis común dos receptores nucleares supón a unión directa do receptor nuclear a un elemento de resposta a hormonas do ADN. Este mecanismo chámase transactivación. Non obstante, algúns receptores nucleares non só teñen a capacidade de unirse directamente ao ADN, senón tamén a outros factores de transcrición. Esta unión adoita orixinar a desactivación dun segundo factor de transcrición nun proceso coñecido como transrepresión. Un exemplo de receptor nuclear con capacidade de transreprimir é o receptor de glicocorticoides (GR). Ademais, certos ligandos do receptor de glicocorticoides chamados Agonistas do Receptor de Glicocorticoides Selectivos (SEGRAs) poden activar ao receptor de glicocorticoides dun modo tal que dito receptor fai con máis forza a transrepresión que a transactivación. Esta selectividade incrementa a separación entre os efectos antiinflamatorios desexados e os efectos laterais metabólicos non desexados destes glicocorticoides selectivos.

 Non xenómica 
Os efectos directos clásicos dos receptores nucleares sobre a regulación xénica normalmente son lentos e tárdase horas en poder apreciar un efecto funcional nas células debido ao gran número de pasos intermedios entre a activación do receptor nuclear e os cambios nos niveis de expresión das proteínas. Con todo, observouse que algúns efectos da aplicación de hormonas como o estróxeno aparecen en cuestión de minutos, o cal non está en concordancia co mecanismo clásico da acción dos receptores nucleares. Aínda que a diana molecular para estes efectos non xenómicos dos receptores nucleares non foi claramente demostrada, hipotetízase que hai variantes dos receptores nucleares que están asociados á membrana en vez de estaren localizados no citosol ou no núcleo. Ademais, estes receptores asociados á membrana funcionarían por medio de mecanismos de transdución de sinais alternativos, que non implican a regulación xénica.

 Membros da familia 
A seguinte lista de 48 receptores nucleares humanos coñecidos xunto con algúns receptores non humanos seleccionados clasifícaos segundo a homoloxía de secuencias entre eles.

 Subfamilia Grupo  Membro Símbolo NRNC Abreviatura Nome Xene Ligando(s) 1 similar ao receptor de hormonas tiroides A receptor de hormonas tiroides NR1A1 TRα Receptor de hormonas tiroides α   Hormona tiroide NR1A2 TRβ Receptor de hormonas tiroides β  B Receptor de ácido retinoico NR1B1 RARα Receptor de ácido retinoico α  vitamina A e compostos relacionados NR1B2 RARβ Receptor de ácido retinoico β  NR1B3 RARγ Receptor de ácido retinoico γ  C Receptor activado polo proliferador do peroxisoma NR1C1 PPARα Receptor activado polo proliferador do peroxisoma α  ácidos graxos, prostaglandinas NR1C2 PPAR-β/δ Receptor activado polo proliferador do peroxisoma β/δ  NR1C3 PPARγ Receptor activado polo proliferador do peroxisoma γ  D Rev-ErbA NR1D1 Rev-ErbAα Rev-ErbAα  hemo NR1D2 Rev-ErbAβ Rev-ErbAα  F receptor orfo relacionado con RAR NR1F1 RORα Receptor orfo relacionado con RAR α  colesterol, ATRA NR1F2 RORβ Receptor orfo relacionado con RAR β  NR1F3 RORγ Receptor relacionado con RAR γ  H similar ao receptor X hepático NR1H3 LXRα Receptor X hepático α  oxiesterois NR1H2 LXRβ Receptor X hepático β  NR1H4 FXR Receptor X farnesoide  NR1H5 FXR-β Receptor X farnesoide β  I similar ao receptor de vitamina D NR1I1 VDR  Receptor de vitamina D  vitamina D NR1I2 PXR Receptor X de pregnano  xenobioticos NR1I3 CAR Receptor de androstano constitutivo  androstano X Receptores nucleares con dous dominios de unión ao ADN NR1X1 2DBD-NRα NR1X2 2DBD-NRβ NR1X3 2DBD-NRγ 2 similar ao receptor X retinoide A factor nuclear do hepatocito 4 NR2A1 HNF4α Factor nuclear do hepatocito 4 α  ácidos graxos NR2A2 HNF4γ Factor nuclear do hepatocito 4 γ  B  Receptor X retinoide  NR2B1 RXRα Receptor X retinoide α  retinoides NR2B2 RXRβ Receptor X retinoide β  NR2B3 RXRγ Receptor X retinoide γ  C Receptor testicular  NR2C1 TR2 Receptor testicular 2   NR2C2 TR4 Receptor testicular 4  E TLX/PNR NR2E1 TLX Homólogo do xene tailless de Drosophila   NR2E3 PNR Receptor nuclear específico de célula fotorreceptora  F  COUP/EAR NR2F1 COUP-TFI Factor de transcrición do promotor de augas arriba da ovoalbumina de polo I   NR2F2 COUP-TFII Factor de transcrición do promotor de augas arriba da ovoalbumina de polo II  NR2F6 EAR-2relacionado con V-erbA  3 similar ao receptor de estróxenos A  Receptor de estróxenos NR3A1 ERα Receptor de estróxenos α  estróxenos NR3A2 ERβ Receptor de estróxenos β  B receptor relacionado con estróxenos NR3B1 ERRα Receptor relacionado con estróxenos α    NR3B2 ERRβ Receptor relacionado con estróxenos β  NR3B3 ERRγ Receptor relacionado con estróxenos γ  C Receptores de 3-cetoesteroides NR3C1 GR Receptor de glicocorticoides  cortisol NR3C2 MR Receptor de mineralocorticoides  aldosterona NR3C3 PR Receptor de proxesterona  proxesterona NR3C4 AR Receptor de andróxenos  testosterona 4 similar ao factor de crecemento dos nervios IB A  NGFIB/NURR1/NOR1 NR4A1 NGFIB Factor de crecemento dos nervios IB   NR4A2 NURR1 Relacionado co receptor nuclear 1  NR4A3 NOR1 Receptor 1 orfo derivado de neuronas  5 similar ao factor esteroidoxénico A  SF1/LRH1 NR5A1 SF1 Factor esteroidoxénico 1  fosfatidilinositois NR5A2 LRH-1 Homólogo 1 do receptor hepático  fosfatidilinositois 6 similar ao factor nuclear de célula xerminal A  GCNF NR6A1 GCNF Factor nuclear de célula xerminal   0 Miscelánea B  DAX/SHP NR0B1 DAX1 reversión sexual sensible á dose, rexión crítica de hipoplasia adrenal, no cromosoma X, xene 1   NR0B2 SHP Partner heterodímero pequeno 

 Notas 

 Véxase tamén 
 Outros artigos 
 Receptor
 Receptor intracelular
 Receptor de hormonas esteroides
 Factor de transcrición

 Ligazóns externas 
 Eukaryotic Linear Motif LIG_CORNRBOX
 Eukaryotic Linear Motif LIG_NRBOX





Categoría:Receptores
Categoría:Receptores nucleares
Categoría:Proteínas
Categoría:Factores de transcrición