核受体研究进展课件.ppt

1. 多亚基的离子通道型受体 (ionotropic receptor)； 2. 七次跨膜的G蛋白偶联受体(GPCR),一、膜受体,1,3. 一次跨膜的具有酶活性的受体： ( 1)受体酪氨酸激酶 (receptor tyrosine kinase , RTK）; (2)与酪氨酸蛋白激酶（PTK）连接的受体 (3) 丝/苏氨酸蛋白激酶型受体 (protein serine/threonine kinase receptor, RSTK) TGF受体超家族,2,5. TNF受体超家族; 6. 细胞粘附分子 7.其他：如运货受体，LPS受体。,二、核受体,3,真核基因的时空性表达受多级调控，但对大多数基因来说，基因表达调控主要发生在转录阶段， 因为只有转录调控能保证不产生不必要的中间产物。转录水平的调控是一个多因子参与、多步骤的非常复杂的过程，在真核基因组中，约510的基因编码产物参与基因转录调控。,4,一、基本转录因子（(general transcription factors, GTFs） 它们结合在靶基因启动子中的TATA盒上，与RNA聚合酶II一起形成巨大的转录起始复合物，也称基础转录机器(basal transcription machinery， BTM) ，启动基因转录。转录起始复合物只有较低的转录活性。二、转录调节因子(regulatory tanscription factors),参与转录调控的因子,5,（一）转录调节因子的结构及作用特点 1. 具有DNA结合区（DBD）和转录激活区（activation domain） 2. 激活的转录因子一般结合在靶基因启动子附近的特定反应元件上(response element)，这些反应元件具有增强子或静息子的性质。结合后能够募集辅因子。 3. 对特定靶基因转录有促进或抑制作用。,6,（二）转录调节因子的分类1. 具有碱性DNA结合域的转录因子超家族 如碱性亮氨酸拉链（bZIP）转录因子，AP-1， ATF/CREB等;2.具有锌指结构的转录因子， 如核受体家族3. 具有螺旋-转角-螺旋（HTH）结构的转录因子4 .其他：如NF-B家族、 STAT家族、 P53家族等,7,许多转录因子以同二聚体和异二聚体的形式发挥作用，所以它们据此可进一步细分成亚家族。正是由于许多转录因子能异二聚体化，从而极大地增加了转录调节的多样性和特异性。,8,转录调节因子的作用机制,9,10,三、共调节因子 (co-regulators)或辅因子 位于细胞核内，通常不直接与DNA结合，但能与转录因子作用，可在通用转录因子和转录调节因子间起架桥作用，并可改变局部染色质的构象，促进基因的转录。 根据共调节因子对转录激活作用的影响，可分为共激活因子和共抑制因子两大类：,11,(一)共激活因子(co-activators， CoA),具有组蛋白乙酰化酶(histone acetyltransferase, HAT)的活性或能与HAT结合，HAT能使组蛋白乙酰化，导致缠绕核小体的DNA解旋，DNA模板裸露，使TF容易与DNA结合，从而促进转录。,(二) 共抑制因子(co-repressors) 能与组蛋白脱乙酰化酶(histone deacetylase, HDCA)结合, 通过后者使组蛋白去乙酰化，从而抑制基因转录。,12,13,四、基因转录受细胞外信号的调节 细胞内外刺激能通过细胞信号转导通路改变转录因子和辅因子的表达或活性来调节靶基因的表达状态，以适应环境，维持稳态和生长和发育的需要。,14,。,(一）磷酸化调节 膜受体信号转导通路通过激活的蛋白激酶或磷酸酶对转录因子进行的可逆的磷酸化修饰，调节它们的活性和功能。包括： 1. 促进胞浆转录因子核转位 如STAT (signal transducer and activator of transcription) 和 NF-B的激活和核转位；,15,STAT,STAT,JAK,JAK,Y,Y,P,P,P,P,P,P,细胞因子,核转位,与DNA结合,诱导转录,细胞表型改变,细胞因子应答元件,酪氨酸磷酸化,16,TNF与受体结合,激活IKK,激活转录因子NF-B,促炎细胞因子(TNF, IL-1等）,磷酸化I B,NF-B,17,2. 增强转录因子，如AP-1、P53等与DNA的结合能力；3.提高转录因子，如cAMP反应元件结合蛋白(CREB)的转录活性。,18,19,20,2. 增强转录因子，如AP-1、P53等与DNA的结合能力；3.提高转录因子，如cAMP反应元件结合蛋白(CREB)的转录活性; 信号转导通路还能在翻译水平促进基因表达。（二）配体调节的转录因子 如核受体家族成员,21,转录因子活性的检测,22,核受体的病理生理,核受体作为一类配体依赖性的转录调节因子，能通过调节基因表达，调控有机体的生殖、生长发育和代谢，参与免疫、炎症反应和药物代谢，在维持机体的稳态中发挥重要作用。已证实它们参与了多种疾病，如雌激素依赖性乳腺癌、雄激素依赖性的前列腺癌的发生与发展。,23,1965年，Toft 首先发现大鼠子宫内有特异性吸附雌激素的物质，称之为雌激素受体（ estrogen receptor，ER）。 1967年Jensen等建立了放射配体结合测定的方法，用该法首次证实在人的乳腺癌和子宫癌细胞的胞浆中证实ER的存在。 1985年，Hollenberg和Evan首先克隆成功了由777个氨基酸残基组成的糖皮质激素受体(GR)，之后其他核受体也相继克隆成功。,24,一、nuclear receptor superfamily的组成1. 甾体激素受体家族 （steroid hormone receptor， SR or SHR） 糖皮质激素受体(glucocorticoid receptor, GR，) 盐皮质激素受体(mineralocorticoid receptor, MR) 雌激素受体(estrogen receptor ,ER ，) 孕激素受体(progesterone receptor PR A，B) 雄激素受体(androgen receptor, AR A, B),25,2. 非甾体激素受体 ： 甲状腺激素受体(thyroid hormone receptor,TR ，)1,25(OH)2维生素D3受体(vitamine D3 receptor,VDR)维甲酸受体(retinoid acid receptor, RAR ， ) 配体为全反式维甲酸维甲类X受体( retinoid X receptor, RXR) ， 配体为9-顺式维甲酸 RXR可与多种非甾体激素的核受体形成异二聚体，调节基因表达。,26,3. 其他核受体过氧化物酶体增殖因子激活受体(peroxisome proliferator activated receptor, PPAR) , , 肝X受体(liver X receptor, LXR) , 法尼醇X受体(farnesoid X recptor, FXR) 孕甾烷X受体(pregnane X receptor, PXR/SXR)组成型雄甾烷受体 (constitutive androstane receptor, CAR),27,它们的配体为多种脂质代谢产物（如脂肪酸、 胆汁酸、氧类固醇等）和外源性化合物和药物。 这类核受体与其配体结合后能调节参与脂质代谢和药物代谢酶系的表达，并参与脂质和糖代谢的调控。是代谢综合征（胰岛素抵抗、高血压、高血脂和糖耐量降低）治疗潜在的靶点。 PPARs的激动剂贝丁酸类降脂药(fibrate)和噻唑烷二酮降糖药（thiazolidinedione,TZD）均已被临床证实有改善代谢综合征的作用。,28,4.孤儿核受体(orphan receptor) SF-1, LRH-1, DAX-1， SHP, TLX, PNR ， NGFI-B , , , ROR , , ERR , , RVR , , ， GCNF ，TR-2,4 , HNF-4 , COUP-TF , , .,29,二、核受体的结构 配体结合区(ligand binding domain, LBD) DNA结合区(DNA binding domain ,DBD) 两锌指结构转录激活区(transcriptional activation domain, TAD),NH3+,转录调节 DNA结合 配体结合 HSP结合,A/B C D E F,AF1 AF2,30,zinc finger 结构,31,TAD,AR的结构,32,核受体亚型的发现 如ER是第一个被证实的核受体。主要存在于子宫，乳腺，卵巢等。 1996年发现ER ，除了分布生殖系统组织外，还分布于脑，心血管系统，乳腺、前列腺等。,33,Domain Function Homology A/B The regulatory domain 18% C The DNA-binding domain 97% D The hinge 30% E The ligand-binding domain 59% F The F region 18%,Estrogen receptor family,Human Estrogen Receptor : 6q25.1,Human Estrogen Receptor : 14q22-24,NH2-,34,Tissue Distribution of ER & ER,Karolinska Institute,35,研究证实在一些组织细胞中 ER和ER 的作用相反，它们共同调节组织细胞的功能。,36,37,38,雌激素的激动剂：雌二醇（E2)： 能与ER , 结合；植物雌激素，如genistein与ER 结合的亲和力比ER 大730倍。ER 的发现使研制选择性ER的激动剂和拮抗剂成为可能。用ER 激动剂治疗更年期综合症更有针对性。,39,有些核受体的亚型， 如GR 和TR 1没有配体结合和转录激活功能，但是它们对其各自的野生型受体的转录激活功能有显性抑制活性（dominant-negative activity），起野生型受体内源性拮抗剂的作用。如GR 增多，GR/GR比例下降，可使细胞对GC的反应性降低，导致GC抵抗征。,核受体亚型的作用,40,三、核受体转录调节的机制 早已发现，甾体激素对多种基因的表达有调节作用，如于原代培养的爪蟾肝细胞中加入雌激素，卵黄生成素基因的转录可提高数千倍，该基因mRNA的半衰期也明显延长，表明雌激素对卵黄生成素基因表达的促进作用既发生在转录水平，又发生于转录后水平。,41,（一）核受体促进基因表达的机制,非甾体激素核受体与配体结合前就位于核内，它们通常与RXR形成 异二聚体结合在HRE上。,1.非甾体激素核受体,42,非甾体激素受体与RXR形成 异二聚体,ERARPRGR MR,RXR,VDR,ER,ER,甾体激素受体同二聚体,TRVDRRARLXR PPARFXRCAR PXR/SXREcR,43,2. SR的激活和核转位 没有激活的甾体激素受体（SR）位于胞浆，与它们的chaperone蛋白，如热休克蛋白（HSP）等结合。与其配体结合后被激活，构象改变，与HSP 解离，导致受体的DBD暴露 ，之后以同源二聚体的形式转位入核 ，与靶基因中的增强子序列激素反应元件(hormone response elements, HREs)结合。,44,HSP90,HSP70,SR,SR,SR,细胞浆,细胞核,未活化的核受体-伴侣(HSP) 复合物,配体,SR,SR,CoA,甾体激素受体促进基因表达的机制,受体-共激活因子 复合物,转录,HRE,45,核受体在靶基因中的结合元件 激素反应元件（HRE）为核受体靶基因启动子上的特定核苷酸序列，一般由15或13bp组成。 通常位于启动子的上游，具有增强子(enhancer)或减弱子(dehancer)/静息子(silencer)的活性。,46,甾体激素的HRE：完全或不完全回文结构GRE： 5-GGTACA nnn TGTTCA-3 ERE: 5-AGGTCA nnn TGACCT-3 非甾体激素核受体的HRE：直接重复结构： RARE： 5-AGGTCA n AGGTCA-3VDRE: 5-AGGTCA nn AGGTCA-3TRE: 5-AGGTCA nnn AGGTCA-3,47,HSP90,HSP70,SR,SR,SR,细胞浆,细胞核,未活化的核受体-伴侣(HSP) 复合物,配体,SR,SR,CoA,甾体激素受体促进基因表达的机制,受体-共激活因子 复合物,转录,HRE,48,（三）已知核受体的共激活因子：1. p160/SRC(steroid receptor co-activator)家族： 成员有：SRC1，SRC2/TIF2，SRC3/ACTR/AIB12. CBP/p300 除了核受体外，还能参与其他多种转录因子（如、NF-B 和AP-1等）的转录激活作用，属于共用的共激活因子。3. P/CAF： CBP/p300连接因子，具有HAT活性。,49,共抑制因子 (co-repressors，CoR) 其成员有核受体共抑制因子( N-CoR)以及RAR和TR的静息介导子(SMRT)等。它们能与组蛋白去乙酰化酶(HDAC)结合，通过后者使组蛋白的去乙酰化，从而介导转录抑制。,50,NR,配体,非甾体激素核受体激活的作用模式,细胞核,举例:一些 RXR异二聚体(TR, RAR) 、孤儿受体,核受体共抑制因子 复合物,NR,CoA,活化的核受体共激活因子复合物,转录,RXR,CoA,CoR,HRE,HRE,HRE,NR,RXR,RXR,CoR,51,核受体的激活 1.配体依赖性激活 2. 核受体磷酸化可导致其非配体依赖性激活。,52,未活化的核受体复合物,HSP90,HSP70,NR,NR,NR,NR,NR,CoA,配体非依赖性核受体的活化( 信号交互应答),细胞浆,细胞核,核受体CoA复合物,转录,膜信号通路激活的蛋白激酶,P,P,P,P,HRE,53,膜信号对核受体和共激活因子的影响 多种膜受体信号转导通路中激活的蛋白激酶可以导致核受体和共激活因子的磷酸化，使：核受体非配体依赖性的激活；2. 共激活因子在不同细胞区室间的移位，增强它们的转录激活刺激功能，改变它们与多种DNA结合蛋白/核受体转录相互作用的优先性。,2. 甾体激素受体抑制基因表达的机制(1) 通过negative response element。(2) 通过在转录水平与其他转录因子的相互拮抗作用,54,NR,NF-B, AP-1，p53 FoxH1, Gli 等,调节细胞增殖、分化、凋亡参与有机体的生长发育调节免疫和炎症反应,SR通过与其他转录因子的相互拮抗，调节基因表达,55,糖皮质激素（GC）具有强大的抗炎症、抗过敏和抗休克的作用。人工合成的GC-地塞米松（Dex）是临床广泛应用的激素类药物。,56,GR,HSP,GC,GR,GC,HSP,GR,GC,GRE,RNA poly.,CoA,Nuclear,Cytoplasm,Nuclear translocation,SR促进基因转录的机制,GC,GR,57,诱导膜联蛋白-1(Annexin-1)表达, 抑制PLA2活性， 减少脂质炎症介质的生成。;2. 诱导II型IL-1受体表达，该受体为无功能的受体，能拮抗IL-1的作用；,GC/GR通过转录调节发挥抗炎作用,58,膜磷脂（Membrane phospholipids）,Thromboxane A2 synthase,Lipoxygenase,花生四烯酸（Arachidonic acid）,Cyclooxygenase,前列腺素（Prostaglandins）,白三烯（Leukotrienes）,血栓素（Thromboxanes，TXA2）,PLA2,LPS,GC/GR,Annexin-1,GC/GR抑制PLA2活性,59,糖皮质激素诱导型IL-1受体,GPI,膜,型IL-1R因能结合配体,但不能转导信号，故被称为诱饵受体(decoy receptor) 。具有IL-1拮抗剂的作用。,型IL-1R,I型IL-1R,60,诱导膜联蛋白-1(Annexin-1)表达, 抑制PLA2活性， 减少脂质炎症介质的生成。;2. 诱导II型IL-1受体表达，该受体为无功能的受体，能拮抗IL-1的作用；3. GR通过在转录水平与NF-B和AP-1的相互拮抗抑制多种炎症介质、细胞因子、以及趋化因子多种炎症介质、细胞因子、趋化因子以及诱导性NO合酶的生成。,GC/GR通过转录调节发挥抗炎作用,61,Fig. GR在转录水平抑制NF-B的作用,62,四、核受体与疾病的关系1. 激素不敏感综合征或抵抗征： 核受体的异常可导致靶细胞对相应配体的不敏感（insensitivity)或抵抗（resistance), 与之相应的疾病主要有： 雄激素不敏感综合征（AIS）、 1, 25(OH)2维生素D3受体抵抗性佝偻病、甲状腺激素抵抗征等。2. 激素依赖性肿瘤： 雌激素依赖性的乳腺癌和雄激素依赖性的前列腺癌。,63,雄激素不敏感综合征与雄激素受体（AR） AR异常可以导致雄激素不敏感综合征(androgen insensitive syndrome, AIS）。 完全型AIS又称为睾丸女性化综合征（ testicular feminization syndrome , TFM ）。 为遗传性疾病，患者染色体核型为XY， 但外生殖器为女性，无女性内生殖器，腹股沟可摸到睾丸。,64,Saturation plot of wtAR and AR mutants,0,1,2,3,4,0,2,4,6,8,10,12,Free 3H-R1881 (nmol/L),Bound (fmol/10X6cell),wtAR,TFM7,TFM10,65,Summary of the AR gene mutations in TFM,Sample. No exon mutation,TMF3 E Gly743ArgTMF5 G Val866MetTMF6 E Arg752GlnTMF7 G T2919缺失 TMF10 G G2881缺失 TMF12 G Arg831Gln,：为新发现的突变； 突变都发生在AR的雄激素结合区,66,乳腺癌是雌激素依赖的肿瘤，已证明ER能通过调节靶基因(细胞因子、受体、信号转导蛋白，细胞周期调节蛋白等)的表达，促进乳腺癌细胞的增殖。内分泌治疗： 1.去势以降低血中的雌激素水平 2. 应用雌激素拮抗剂 治疗的目的是抑制肿瘤生长并诱导癌细胞凋亡。,2.乳腺癌,67,Clinical Significance of ER in Breast Cancer,ERa(+),Tamoxifen,Response rateERa(+)PR(+) 70%ERa(+)PR(-) 34%ERa(-)PR(+) 32%,Recurrence,5 year,ER拮抗剂,68,但在治疗中发现，有些患者最初有效，经一段时间内分泌治疗后，疗效逐渐下降，表现对抗激素治疗不敏感，有些患者用雌激素拮抗剂治疗后肿瘤的进展反而更快。有研究表明这与ER表达的改变，ER突变以及受体后的改变有关。,69,