Androgen receptor eller androgen receptor ( eng. androgen receptor, AR ) , eller NR3C4 er en af steroidhormonreceptorerne , aktiveret af androgener - testosteron eller dihydrotestosteron [2] . Henviser til underfamilie 3, gruppe C (gen 4) af familien af nukleare receptorer , der kan interagere direkte med nuklear DNA [3] [4] . Androgenreceptoren aktiveres ved binding til androgener i cytoplasmaet og overføres derefter til kernen .
Androgenreceptoren er en transkriptionsfaktor, der regulerer genekspression [5] ved at interagere med DNA , og udfører også andre funktioner, der ikke er relateret til interaktion med DNA [6] . Gener reguleret af androgener gennem AR er afgørende for udvikling og vedligeholdelse af den mandlige fænotype [7] .
Hos mennesker er androgenreceptoren kodet af AR -genet placeret på X-kromosomet ved Xq11.2-12- locuset [8] [9] .
I 1953 rapporterede John Morris , en fødselslæge ved Yale University , 82 personer, der havde en kvindelig fænotype på trods af at de havde testikler . Udført derefter, gjorde endokrinologiske , patofysiologiske , biokemiske og molekylærbiologiske undersøgelser det muligt at fastslå, at denne fænotype skyldes androgen ufølsomhedssyndrom . Disse undersøgelser har kastet lys over androgeners rolle i mandlig kønsbestemmelse , androgeners virkningsmekanismer og androgenreceptorers struktur og funktion [10] .
Det humane androgenreceptorgen ( AR ) er placeret på den lange arm af X-kromosomet ved Xq11.2-12-locuset, med 5'-enden af genet vendt mod centromeren . Nukleotidsekvensen af genet indeholder 90 tusinde basepar [11] og inkluderer 8 exoner . Deres strukturelle organisation ligner generne fra andre steroidhormonreceptorer. Exon 1 koder for det N-terminale domæne (NTD) af proteinet, exon 2 og 3 for det centrale DNA - bindende domæne (DBD) og exoner 4-8 for det C-terminale domæne. I forskellige cellelinjer blev 2 alternative former for AR mRNA , henholdsvis 8,5 kb og 11 kb, identificeret ; de er resultatet af alternativ splejsning af den 3′ uoversatte region . Der blev ikke fundet nogen strukturelle og funktionelle forskelle mellem produkterne fra translation af disse mRNA'er, men det er muligt, at tilstedeværelsen af en eller anden form for mRNA i et bestemt væv bestemmes af specifikke vævsregulatorer. I prostatakirtlen og fibroblaster i huden, der dækker kønsorganerne, udtrykkes det længere mRNA overvejende [4] . AR - genet indeholder 2 polymorfe regioner bestående af trinukleotid - gentagelser , der koder for polyglutamin- og polyglycin-regionerne i det N-terminale transaktiveringsdomæne af receptoren (se #Struktur for detaljer ) [ 12] [11] .
Strukturen af AR -genet er konservativ blandt pattedyr , fra gnavere til mennesker. Genet er lokaliseret på X-kromosomet hos andre pattedyr, såsom pungdyr og monotremer , hvilket kan afspejle en forbindelse mellem AR og andre syntetiske gener [11] .
Den første exon af AR indeholder flere regioner med gentagne sekvenser. Den mest bemærkelsesværdige af disse gentagelser starter ved codon 58 og består af 21 ± 2 gentagelser af CAG-tripletten, da det ved Kennedy syndrom er i dette, at stigningen i antallet af CAG-gentagelser ofte forekommer [13] . CAG-gentagelser er evolutionært konserverede : rotter og mus har korte regioner af CAG-gentagelser svarende til en lignende region af det humane AR -gen , som koder for polyglutaminregionen af androgenreceptoren, startende fra position 57. CAG-gentagelsesregionen findes også i AR gener fra primater, og dens længde er mindre end arten længere væk fra mennesker. Ligesom andre gener med CAG-gentagelsesregioner varierer længden af denne region i AR meget på grund af DNA-polymeraseglidning skabelonen , så det samlede antal replikerede CAG-tripletter kan variere. Antallet af CAG-gentagelser varierer fra 14 til 35 og kan være relateret til etnicitet og race. Længden af polyglutaminregionen af AR, kodet af CAG-gentagelser, kan påvirke aktiviteten af receptoren og påvirke risikoen for at udvikle prostatacancer [11] .
Transskription af AR -genet afhænger af celletype og, i nogle væv , også af alder. Desuden reguleres AR mRNA-niveauer af androgener og andre steroidhormoner. AR - genpromotoren har ikke de typiske TATA- og CAAT-bokse . I modsætning til de fleste gener, der mangler TATA-boksen, indeholder den 5'-utranslaterede region af AR GC-rige sekvenser, der binder til Sp1 -transkriptionsfaktoren . Ud over Sp1 er AR -ekspression positivt reguleret af proteiner som CREB og C-myc og negativt af transkriptionsfaktoren NF-KB og den konstitutivt aktive faktor NF-1 [14] . AR - genet kan transskriberes fra mindst to forskellige promotorer, hvis aktivitet afhænger af celletypen. AR -promotorundersøgelser af rotter har vist flere bindingssteder for forskellige transkriptionelle coaktivatorer . AR udtrykkes i en lang række væv, der ikke er relateret til de primære og sekundære kønsorganer, i overensstemmelse med dets mangefacetterede virkninger. Det er faktisk svært at finde et væv, der ikke udtrykker mindst en lille mængde AR (undtagelsen er milten ). I rotteleveren blev afhængigheden af niveauet af AR-ekspression også afsløret af alder, hvilket skyldes bindingen af forskellige transkriptionsfaktorer til specifikke målsekvenser i AR-promotoren [11] .
Hos rotter indeholder AR -promotoren palindromiske DNA-sekvenser, der tjener som bindingssteder for androgenreceptoren, glukokortikoidreceptoren og progesteronreceptoren. I denne henseende er der en negativ feedback , der regulerer AR-transskription gennem AR selv. Kastrering fører til en stigning i niveauet af AR mRNA , men denne effekt elimineres, når man tager androgener. AR-ekspression hos rotter er negativt reguleret af androgener og gonadotropin follikelstimulerende hormon , og denne regulering kan medieres af cyklisk AMP , for hvilken der er et responselement i AR -promotoren [11] .
Konservatismen af nogle segmenter af AR -genet under evolution afspejler den kritiske betydning af disse segmenter for receptormolekylets funktion. Den mest bevarede region er DBD, som er praktisk talt uændret i serien fra Xenopus -frøen til mennesker; derudover udviser det ligandbindende domæne (LBD) og hængselområdet ( eng. hængsel ) høj konservatisme. Fordi AR'er binder til meget lignende ligander i forskellige organismer, svarer de konserverede kodoner 12-43 LBD til ligandbindingsstedet. Mutationer, der påvirker LBD, fører til androgen ufølsomhedssyndrom, som forekommer i en lang række hvirveldyrarter, fra frøer til mennesker. Derudover er hængselregionen, især dens N-terminale domæne, også meget konserveret, fra frøer til gnavere. I NTD, kodet af det første exon, startende ved codon 539, er der ringe eller ingen konservering fra gnavere til mennesker. Sekvensanalyse ved kodon 1 til 53 og kodon 360 til 429 viste imidlertid, at de koder for en region af proteinet, som er konserveret på tværs af organismer. Disse regioner er vigtige for AR -dimerisering , og deres konservatisme afspejler den funktionelle lighed mellem AR på tværs af alle primater [11] .
To forskellige isoformer af androgenreceptoren, AR-A og AR-B, blev først beskrevet hos mennesker i genitale hudfibroblaster . AR-A har en masse på 87 kDa og har et forkortet N-terminalt domæne sammenlignet med AR-B isoformen (110 kDa). Ellers er disse isoformer identiske. Translation af AR-A formodes at starte fra den første interne methioninrest (Met-188) på det samme transkript, hvorfra den fulde form af AR-B er oversat. Begge isoformer udtrykkes i forskellige væv fra både embryoner og voksne (både mænd og kvinder), men den mest udbredte ekspression observeres i reproduktive væv. Forholdet mellem AR-B:AR-A varierer i forskellige væv og er forskelligt på forskellige udviklingsstadier. I parietalbenet hos det udviklende foster er niveauet af AR-B relativt lavt, mens AR-A slet ikke blev fundet der. Begge isoformer er blevet fundet i menneskelige osteoblaster . Det vides ikke, om disse isoformer kan være involveret i forskellige signalveje hos mennesker, men deres funktioner ser ud til at være forskellige [15] .
Adskillige AR-isoformer er også blevet fundet hos andre hvirveldyr. I strubehovedet hos frøen Xenopus laevis er to forskellige isoformer af AR blevet beskrevet, der adskiller sig i det N-terminale domæne (AR α og AR β). AR β-ekspression er forbundet med proliferation og differentiering af larynxmuskler i unge og brusk hos mænd, mens AR α-ekspression opretholdes gennem de efterfølgende udviklingsstadier. To forskellige former for AR (AR1 og AR2) er også blevet fundet i fisken Micropogonias undulatus . I denne fisk adskiller de to AR-isoformer sig i agonistbindingsaffinitet, fysiske egenskaber og vævsfordeling. AR1 udtrykkes primært i hjernen , mens AR2 udtrykkes i hjernen, æggestokkene og testiklerne . AR2 har en høj affinitet til en lang række androgener, mens AR2 kun kan binde til testosteron. Disse data indikerer, at i X. laevis og M. undulatus udfører to forskellige former for androgenreceptorer forskellige funktioner i målvæv [15] .
Ligesom andre nukleare receptorer består androgenreceptoren af et C-terminalt α-spiralformet globulært domæne, der er ansvarligt for ligandbinding og dimerisering, som er forbundet via et hængsel til et andet α-spiralformet globulært domæne, der er ansvarlig for specifik DNA-binding og dimerisering, og plastik N-terminalt domæne med en variabel struktur, som i nogle tilfælde er involveret i reguleringen af transkription [16] . N-terminalt domæne, der indeholder funktionelt aktiveringssted 1 (AF-1) mellem rest 101-370, påkrævet for fuld ligandaktiveret transkriptionel aktivitet, funktionelt aktiveringssted 5 (AF-5) mellem rest 360-485, ansvarlig for konstitutiv aktivitet ( aktivitet uden en bundet ligand) [17] og en dimeriseringsoverflade inklusive rest 1-36 (indeholdende FXXLF- motivet , hvor F er phenylalanin , L er leucin , og X er enhver aminosyrerest) og 370-494 (begge disse overflader interagerer med LBD i den intramolekylære [18] [19] [20] hoved-til-hale interaktion [21] [22] [23] ). Hængselregionen indeholder et ligandafhængigt nuklear lokaliseringssignal [24] . Det ligandbindende domæne (LBD) indeholder et funktionelt aktiveringssted 2 (AF-2) ansvarligt for agonist-induceret aktivitet (aktivitet i nærvær af en bundet agonist). AF-2 binder enten intramolekylært til det N-terminale FXXFL-motiv eller til coaktivatorproteiner (indeholdende LXXLL- eller fortrinsvis FXXFL-motiver) [23] . Derudover indeholder LBD et ligandafhængigt nukleart eksportsignal [25] .
N-terminalt domæneDet N-terminale androgenreceptordomæne (NTD) kodes af exon 1 og indeholder to hovedfunktionelle transkriptionelle aktiveringssteder og flere strukturelle underdomæner. Som andre steroidhormonreceptorer er NTD AR ikke naturligt ordnet og findes i mange forskellige konformationelle varianter. Dens struktur er en smeltet kugle , som er i stand til at danne spiralsektioner . Blandt dets 539 aminosyrer er to uafhængige funktionelle aktiveringssteder: AF-1 (placeret mellem rest 103-372), som er nødvendig for transaktivering af den fulde form af AR, og AF-5 (placeret mellem rest 362-486), som er påkrævet til transaktivering af den konstitutivt aktive AR, der mangler et ligandbindende domæne (LBD). AF-5 er nu kendt for at interagere med glutaminrige domæner af p160-familie cofaktorer, såsom SRC-1 og TIF2 / GRIP1 (for mere om AR-interaktioner med andre proteiner , se ) [4] .
En anden funktion af NTD AR er dens binding til LBD placeret ved C-terminalen (N/C interaktion). Følgende NTD-regioner er nødvendige for binding til LBD: de første 36 aminosyrer og aminosyrer 372-495. Den hormonafhængige interaktion af NTD med LBD kan spille en rolle i AR dimer stabilisering og stabilisering af ligand-receptor komplekset, sænke hastigheden af ligand dissociation og reducere receptor nedbrydning. Agonister såsom testosteron og dihydrosteron, men ikke antagonister (f.eks. hydroxyflutamid og bicalutamid) inducerer N/C-interaktion i fuld AR-form. Ved hjælp af fluorescerende resonansenergioverførsel (FRET)-metoden blev det vist, at den intramolekylære N/C-interaktion begynder i cytoplasmaet kort efter binding til hormonet, og i kernen, under receptordimerisering, forekommer en anden N/C-interaktion, denne gang intermolekylær (mellem to AR- molekyler ). N/C-interaktionen forekommer overvejende i mobile AR'er, hvor den beskytter coactivator-bindingsstedet mod unødvendige protein-protein-interaktioner. Efter binding til DNA brydes den intramolekylære N/C-binding, hvilket tillader forskellige cofaktorer at binde til receptoren. Nogle mutationer i LBD hos patienter med androgen ufølsomhedssyndrom forstyrrer den normale interaktion mellem NTD og LBD, hvilket forhindrer androgenet i at binde til receptoren [4] .
NTD, det mindst bevarede AR-domæne; andelen af aminosyrerester, der matcher mellem humane og rotte NTD AR'er er kun 20% [11] .
DNA-bindende domæneDet DNA-bindende domæne (DBD) er det mest konserverede AR-domæne: ligheden mellem humane og rotte DBD-aminosyresekvenser når 100 %. Sammenfaldet af aminosyresekvenser mellem DBD AR og progesteronreceptor når 79 %, glukokortikoidreceptor – 76 % og østrogen – 56 % [11] . Den indeholder 70 aminosyrerester og er kodet af exon 2 og 3. Den er karakteriseret ved en stor andel af essentielle aminosyrer og ni konserverede cysteinrester . DBD har en kompakt kugleformet struktur med tre distinkte understrukturer: to zink -klynger og en mindre tætpakket C-terminal forlængelse (CTE). Begge zink-klynger indeholder ét zinkatom, som interagerer med fire cysteinrester gennem koordinationsbindinger. Hver zink-klynge er flankeret af en α-helix fra C-terminalen. De to zink-klynger er strukturelt og funktionelt adskilte og kodet af forskellige exoner. α-helixen af zink-klyngen tættest på N-terminalen interagerer direkte med specifikke sekvenser i DNA. Tre nøgleaminosyrer er ansvarlige for den specifikke genkendelse af disse responselementer i DNA ( glycin- , serin- og valinrester ), som tilsammen danner den såkaldte P-boks (fra "proksimal" - nær) (for flere detaljer om interaktionen af AR med DNA, se ). Den anden zink-klynge ser ud til at være involveret i protein-protein-interaktioner (f.eks. dimerisering) og kaldes D-boksen (fra "distal" - fjern) [4] .
Hængslet sektionMellem det DNA-bindende domæne og det ligandbindende domæne er der en ikke-konservativ hængselregion, hvis størrelse varierer for forskellige steroidhormonreceptorer. Det kodes af exon 4. Det kan opfattes som en fleksibel linker mellem det ligandbindende domæne og resten af molekylet. Hængselområdet er vigtigt for nuklear lokalisering og indeholder det tilsvarende signal. Derudover kan nogle AR-corepressorer binde sig til hængselregionen. Derudover kan AR acetyleres ved [KLLKK]-motivet i hængselområdet [4] .
Ligand-bindende domæneDet ligandbindende domæne ( LBD ) er det næstmest konservative domæne af androgenreceptoren efter DBD, kodet af exonerne 5-8. Dette domæne er dannet af ca. 250 aminosyrerester ved C-terminalen af AR. Den rumlige struktur af human AR blev bestemt i kompleks med den syntetiske agonist methyltrienolon (R1881) og dihydrosteron . Dens rumlige fold matcher de typiske ligandbindende domæner af nukleare receptorer, selvom aminosyresekvensidentiteten med nogle andre steroidhormonreceptorer kan være så lav som 20 %. LBD af disse receptorer inkluderer 12 α-helixer (ifølge nogle kilder er helix 2 dårligt skelnelig i AR). Bindingslommen omfatter 18 aminosyrerester, der interagerer mere eller mindre direkte med liganden. Rester af glutamin 711, methionin 745, arginin 752 binder til A-cyklussen af steroidliganden, mens leucin 704 og asparagin 705 binder til dens C-ring. I denne henseende er helixerne 4, 5 og 10 hovedsageligt i kontakt med den bundne ligand. Bindingslommen har en vis fleksibilitet og kan binde til ligander med forskellige strukturer. Ved binding af liganden lukker helix 12 lommen og "lukker" liganden inde. Når receptoren binder til antagonisten, trækkes helix 12 tilbage, hvor den interfererer med bindingen af coaktivatorer i en speciel rille dannet på LBD efter binding til hormonet. I AR, efter binding til liganden, lukkes ikke kun bindingslommen med helix 12, men også den rille, der giver binding af LBD til NTD, er lukket. Nogle coaktivatorer kan binde til denne rille, men de fleste af coaktivatorerne binder til AR i NTD-regionen [4] [11] .
LBD'en indeholder også et funktionelt aktiveringssted, AF-2. Dets arbejde i LBD er strengt afhængig af tilstedeværelsen af nukleare receptor-coaktivatorer. In vivo eksperimenter har vist en gunstig funktionel ligandafhængig interaktion mellem AF-2 og NTD [4] (AF-2 interagerer i FXXFL-motivet i NTD). AF-2 kan også interagere med coaktivatorproteiner indeholdende LXXLL eller fortrinsvis FXXFL-motiver [23] .
En særlig regulatorisk spalte, kaldet BF-3, er blevet fundet på overfladen af LBD. Det inkluderer resterne Ile -673, Phe -674, Pro -724, Gly -725, Asn -728, Phe-827, Glu -830, Asn-834, Glu-838 og Arg -841. Ved binding til BF-3 af skjoldbruskkirtelhormonet triiodothyronin (T3) og nogle ikke-steroide antiinflammatoriske lægemidler , faldt den transkriptionelle aktivitet af AR og dens evne til at binde til coaktivatorer; årsagerne til dette fænomen er stadig ikke klare. Derudover fører nogle mutationer, der påvirker BF-3, til enten androgen ufølsomhedssyndrom (tab af funktionsmutationer) eller prostatacancer (funktionsændrende mutationer). Mutationsanalyse har vist, at nogle af disse aminosyrer er nødvendige for AR-transaktivering. Dette blev dog kun fundet i nærvær af dihydrosteron [4] .
Androgenreceptorens signalvej omfatter følgende trin. Når først testosteron kommer ind i målcellen, binder det sig til androgenreceptoren enten direkte eller efter at være blevet omdannet til den mere metabolisk aktive form, 5α-dihydrosteron (DHT), af enzymet 5α- reduktase [29] . DHT danner et mere stabilt kompleks med AR, og effekten af AR-DHT-komplekset er 3-10 gange mere potent end AR-testosteron-komplekset. Binding af liganden til receptoren i cytoplasmaet forårsager dissociation af chaperonkomplekser (herunder varmechokproteiner , nemlig Hsp70 , Hsp90 og p23 ), som er i AR-bundet tilstand i hvile og beskytter den mod nedbrydning. Samtidig forekommer konformationsændringer og phosphorylering i receptoren , som et resultat af hvilken den translokeres til kernen. Under disse transformationer dannes et bindingssted med coaktivatorer (AF-2-sted) [4] [30] , og LBD-domænet omarrangeres fra en tre-lags, sandwich-lignende struktur af α-helixer til en mere kompakt struktur ved at at flytte den C-terminale helix (helix 12) ind i kernedelen af proteinet [14] .
I kernen binder receptor-ligand-komplekset til mål- DNA-sekvenser (androgen-responselementer, ARE'er), der er placeret i målgenernes promotorer. Strukturen af ARE er forskellig i forskellige gener, på grund af hvilke AR kan udføre mange regulatoriske funktioner inden for den samme kerne. Tilstedeværelsen af flere ARE'er bidrager til forbedringen og større specificitet af AR-DNA-interaktionen (faktisk giver en enkelt ARE normalt kun en lille mængde aktivitet). Desuden lettes specificiteten af promotorreaktionen på AR-binding og øget interaktion af tilstedeværelsen af to hovedklasser af ARE. Førsteklasses ARE-sekvenser er RG AACA-NGN- TG TNCT (AR binder til de understregede guaninrester ); den anden er RGGACA-NNA-AGCCAA (denne binding sikrer samarbejdet mellem to nabo-DNA-bundne receptorer og øger specificiteten) [11] . Derudover er ARE'er som regel komplekse elementer og indeholder sammen med AR-bindende sekvenser sekvenser til interaktion med andre transkriptionsfaktorer [31] , herunder husholdningstransskriptionsfaktorer (Sp1, CCAAT og NF-1), (NF) -kB, Ets og AP-1 ) og vævsspecifikke transkriptionsfaktorer. Således regulerer AR også genekspression ved at interagere med forskellige transkriptionsfaktorer [14] .
DNA-binding giver et motiv af to zinkfingre i DBD-domænet (aminosyrerester 550-624). Nøglerollen i denne proces spilles af to α-helixer placeret vinkelret på hinanden. Den N-terminale helix spiller rollen som et genkendelseselement, og til dette er dens vigtigste rester glycin 568, serin 569 og valin 572, som tilsammen danner den såkaldte P-boks. Tilstedeværelsen af P-boksen er også karakteristisk for en række andre steroidhormonreceptorer, nemlig glucocorticoid- , mineralocorticoid- - og progesteron-receptorerne . Ud over P-boksen er 12 aminosyrerester placeret i den C-terminale helix inde i AR -kernen [14] også vigtige for binding af AR til DNA .
Ved binding til DNA dimeriserer androgenreceptoren med et andet AR-molekyle, og danner en antiparallel dimer [32] . Mens nogle steroidhormonreceptorer har vist sig at danne homodimerer i opløsning og krystallinsk form, kan AR ikke danne en dimer in vitro [11] . Den resulterende homodimer rekrutterer yderligere proteiner ( RNA-polymerase II , andre komponenter i transkriptionsapparatet - TBP , TAF , andre generelle transkriptionsfaktorer (GTF) og andre DNA-bindende proteiner , for eksempel serumrespons faktor [33] ) gennem en specifik interaktion af strukturelle motiver. Dette fører i sidste ende til aktivering eller undertrykkelse af androgen-målgener [4] [30] .
Til dato er 146 androgenreceptor-målgener blevet beskrevet, herunder gener, der koder for proteiner involveret i proteinfoldning , cellulær metabolisme, sekretion , cytoskeletkontrol og intracellulær signalering. For eksempel regulerer AR positivt ekspressionen af prostataspecifikt antigen (PSA), probasin, keratinocytvækstfaktor (KGF), apoptoseinhibitor p21 , cyclin -afhængige kinaser 2 og 4 , insulinlignende vækstfaktor I-receptor ( IGF-1R ) [34] . AR nedregulerer ekspressionen af cellecyklushæmmeren p16 , hvilket resulterer i øget celleproliferation [35] og tumorsuppressorgener, der koder for serpin og maspin [14] .
Selvom nogle AR-undersøgelser har vist, at dens ligandbinding forekommer i cytoplasmaet, er det muligt, at endogen AR faktisk akkumuleres i kernen. Den intracellulære lokalisering af AR kan også afhænge af celletypen. Placeringen af AR i kernen er meget afhængig af hængselregionen, og deletioner, der påvirker denne region, reducerer signifikant den ligand-inducerede bevægelse af AR ind i kernen, selvom de ikke fuldstændig blokerer signalering [4] .
Androgenreceptor-coregulatorer er proteiner, der kan forstærke eller undertrykke virkningen af AR på transkription. Over 170 AR-kerneregulatorer er blevet identificeret, inklusive både aktivatorer og repressorer. Nogle coaktivatorer, såsom c-jun eller steroid receptor coactivator-2 ( SRC-2 ), binder til det N-terminale domæne af androgenreceptoren og fremmer dens dimerisering. Interessant nok observeres overekspression eller amplifikation af SRC-2- genet i 11% af prostatacancerne [30] . (For mere om AR-interaktioner med andre proteiner , se )
Androgenreceptoren kan være involveret i epigenetiske processer. For eksempel kan AR ændre specificiteten af LSD1 , et enzym , der i sin ikke-relaterede form til AR fjerner methylgrupper fra H3K4 (en lysin 4-rest i histon H3 ) og derved undertrykker transskription af målgenet . Ved binding til AR ændrer LSD1 imidlertid sin specificitet: LSD1-AR-komplekset demethylerer H3K9 i stedet for H3K4 og aktiverer således snarere end undertrykker transkription. Derudover kan AR rekruttere JHDM2A-demethylase, som demethylerer H3K9 og aktiverer transkription , til promotorer af målgener [36] .
Funktionen af androgenreceptoren er ikke begrænset til binding til specifikke DNA-sekvenser i kernen. Især kan det hurtigt og kønsuafhængigt påvirke Src / Raf-1 / Erk-2 signalvejen. Androgenreceptoren har vist sig at være involveret i androgen-medieret oocytmodning i Xenopus - frøen via MAPK-signalvejen , uafhængig af transkription [4] . Både AR og østrogenreceptoren kan binde til homologe eller heterologe ligander i cytoplasmaet og vise hæmmende virkninger på celledød. Disse effekter er dog relativt små sammenlignet med de signifikante effekter på cellevækst, overlevelse og differentiering , som det ligandbindende kompleks har i kernen [11] .
I nogle celletyper interagerer testosteron direkte med androgenreceptorer, mens testosteron i andre først omdannes af enzymet 5-alfa-reduktase til dihydrotestosteron, en endnu mere potent androgenreceptoragonist [ 29] . Testosteron ser ud til at være det vigtigste aktiverende hormon af androgenreceptoren i ulvekanalen , mens dihydrotestosteron er det vigtigste androgenhormon i sinus genitourinary , urogenital tuberkel og hårsække [37] . Testosteron er således primært ansvarlig for udviklingen af mandlige primære seksuelle karakteristika , mens dihydrotestosteron er ansvarlig for udviklingen af sekundære . Derudover er det blevet fundet, at polymorfi i AR -genet kan være forbundet med aldersrelateret mandlig skaldethed [38] .
Androgener bremser knoglemodningen , men østrogen , som dannes under aromatiseringen af androgener , har en endnu mere udtalt bremsevirkning på knoglerne . Hos mennesker, der tager steroider i teenageårene, er væksthæmning fra overskydende androgener og/eller østrogen mulig. Personer med for lave niveauer af kønshormoner kan have en lille højde i puberteten, men når de bliver ældre, stiger deres højde til normal, som i tilfældet med androgen ufølsomhedssyndrom eller østrogen ufølsomhedssyndrom [39] .
Derudover har undersøgelser af mus , der har fået fjernet AR-genet ( knockout-mus ), vist, at AR er afgørende for normal kvindelig fertilitet , da det er nødvendigt for udviklingen og fuld funktion af æggestokkene og ægløsningen , der virker både gennem intraovarie- og neuroendokrine mekanismer [40] .
Androgener, der virker gennem androgenreceptorer, spiller en nøglerolle i at opretholde integriteten af det mandlige skelet. Reguleringen af denne integritet gennem androgenreceptor (AR) signalveje kan involvere både osteoblaster og osteocytter [41] . Androgener er vigtige for at regulere aktivitet og følsomhed over for kønshormoner, opretholde kropsvægt og bestemme fysik hos begge køn [42] .
Androgener har en betydelig effekt på cellerne i det vaskulære endotel og den glatte vaskulære muskel såvel som på angiogeneseprocessen . Det er blevet fastslået, at dihydrosteron ved binding til endotelceller inducerer ekspressionen af vaskulært celleadhæsionsprotein-1 ( VCAM-1 ) i dem, hvilket øger bindingen af monocytter til endotelet. Derudover øger testosteron hurtigt produktionen af nitrogenoxid ( NO ) i humane aorta- endotelceller [ 43] .
For at regulere transkription er det nødvendigt for det første at gøre regulatoriske elementer i promotorer tilgængelige for binding ved kromatin-remodellering , og for det andet at tiltrække hovedtransskriptionsapparatet til promotorer for at øge initieringen og/eller forlængelsen af transkription. Potentielt kan androgenreceptoren regulere disse to processer, hvilket fører til en stigning i mRNA-indholdet i målgenet. Beviser for hormonafhængig kromatin -omdannelse i musebrysttumorvirus- promotoren ( MMTV [ en ) udløst af AR er blevet påvist. Efterfølgende blev det vist, at AR-afhængige ændringer i DNA-topologi og genaktivering kræver BRG-1 og ATPase -underenheden af SWI/SNF - kromatinombygningskomplekset . Det antages, at SWI/SNF ikke rekrutteres direkte, men ved hjælp af SRC og CREBBP (CBP) coaktivatorer, og tilstedeværelsen af histonacetyltransferaseaktivitet i sidstnævnte protein er vigtig for receptorafhængig aktivering og stabilisering af SWI/SNF. Imidlertid kan ikke kun histoner , men også selve AR acetyleres under AR-operation ved hjælp af coactivatorproteinerne p300 og p300/CBP-associeret faktor ( PCAF ) såvel som Tip60. Derfor kan acetylering både direkte aktivere AR og "åbne" kromatin i målgener [14] .
Andre post-translationelle modifikationer (bortset fra acetylering), som AR'er kan gennemgå, er phosphorylering, methylering , ubiquitinering og sumoylering . Alle disse reaktioner er reversible, så dephosphorylering, demethylering, deubiquitinering og desumoylering er også mulige. Omkring 23 AR-steder kan modificeres direkte på den ene eller anden måde. AR-methylering kan udføres af histonmethyltransferase SET9; ubiquitination - RNF6. Både methylering, ubiquitinering og sumoylering forekommer ved lysinrester . Interessant nok ligger de fleste phosphoryleringssteder inden for AR-NTD- og AF-1-regionen; dette bekræfter, at disse modifikationer direkte modulerer receptorafhængig transaktivering. Mulige mekanismer, der ligger til grund for dette, er ændringer i protein-protein-interaktioner og/eller ændringer i proteinstruktur og stabilitet [14] . AR kan phosphoryleres ved serin-, threonin- og tyrosinrester, og dette kan gøres af proteiner såsom cyclinafhængig kinase 9 (CDK9), MAPK, TFIIH (ved serinrester ); Ack1 (for tyrosinrester ); kinase Aurora A (ved threoninrester ) [4] .
AR-funktionen kan undertrykkes af cochaperone BAG1 [44] ; celle skæbnebestemmende faktor DACH1 [45] ; DAXX [46] ; DJBP , som rekrutterer histon-deacetylase [47] ; glycogensyntase kinase 3-β (GSK3B); histon deacetylase 1 (HDAC1), som deacetylerer histoner og interfererer med AR-funktionen [48] ; SRY [49] . Det AR-ligandbindende domæne og dets N-terminus kan binde beta-catenin [50] . Gelsolin , en anden AR-coregulator, binder til DBD- og LBD-receptorerne [51] . Melanomantigenproteinet MAGEA11 regulerer AR'ens funktion ved at ændre interaktionen af dets domæner [52] .
Det er blevet fastslået, at AR kan regulere transkriptionsinitieringen af målgener ved at interagere med en af de almindelige transkriptionsfaktorer, TFIIF . Derudover kan AR interagere med en anden transkriptionsfaktor, P-TEFb . Bindingsstederne for disse proteiner er inden for AF1-regionen. Det samme domæne indeholder bindingssteder for androgenreceptoren med proteiner såsom p160- familien af coaktivatorer, cellecyklusregulatoren cyclin E1 , transkriptionsfaktorerne SMAD3 og STAT3 , den nye coaktivator ART-27 og corepressoren SMRT [14 ] .
Mange forskellige proteiner binder sig også til AR-NTD-regionen. Blandt dem:
Sammenfattende kan vi sige, at AR-afhængig genregulering består af fælles handling med andre transkriptionsfaktorer (inklusive vævsspecifikke) og talrige interaktioner med transkriptionsmaskineriet [14] .
Endogene AR-agonister er testosteron og dihydrosteron, hvor dihydrosteron er betydeligt mere potent end testosteron. Syntetiske AR-agonister er også kendt, for eksempel methyltrienolon [4] og testosteronderivatet andriol [53] . AR-agonister kan bruges som anabolske midler [54] , i androgenerstatningsterapi til behandling af mandlig hypogonadisme og muligvis som præventionsmidler til mænd [53] . Nylige undersøgelser har vist, at bindingen af agonister (såvel som nogle antagonister) kan ændre den DNA-sekvens, der genkendes af AR-ligandkomplekset, hvilket kan være nyttigt i behandlingen af for eksempel prostatacancer [55] .
Androgenreceptorantagonister bruges ofte til behandling af sygdomme forårsaget af androgenoverskud, såsom prostatacancer. Forbindelser, der er totale eller partielle androgenreceptorantagonister, kaldes antiandrogener . Komplette AR-antagonister er for eksempel de ikke-steroide forbindelser hydroxyflutamid , nilutamid og bicalutamid . Nogle steroidforbindelser, såsom cyproteronacetat og mifepriston , har både antagonistiske og agonistiske virkninger på AR [4] . Progestiner ved høje doser kan blokere androgenreceptorer [56] [57] , fordi androgenreceptoren er tættest beslægtet med progesteronreceptorer .
Selektive androgenreceptormodulatorer (SARM'er) påvirker både de genomiske og ikke-genomiske virkninger af androgener gennem interaktion med dem i cytoplasmaet. Udviklingen af sådanne forbindelser, der modulerer den biologiske aktivitet af AR på en vævsspecifik måde, begyndte i 1999 [4] . I øjeblikket er kliniske forsøg med SARM-gruppens lægemidler enobosarm [58] , som virker hovedsageligt på knogler og muskler, og LGD-4033 [59] i gang .
Binding af AR til antagonister, agonister og andre modulatorer forårsager konformationelle ændringer i den, som et resultat af hvilke det sæt af coregulatorer (coaktivatorer og corepressorer), som AR kan interagere med, ændres. Vævsspecificiteten og selektiviteten af virkningen af en bestemt modulator forklares således af en unik koregulator, som receptoren kan interagere med efter binding til modulatoren, og styrken af det endelige respons bestemmes af niveauerne af visse coaktivatorer og corepressorer [ 4] .
En række mutationer (normalt missense-mutationer [11] ) af androgenreceptoren, der forhindrer intracellulær signalering gennem AR, når de er bundet til testosteron, fører til udviklingen af en tilstand kendt som androgen ufølsomhedssyndrom (AIS). Hos individer med AIS, under embryonal udvikling , producerer Leydig-celler normale mængder testosteron, men de Wolffian -kanalderivater, der giver anledning til elementer af det mandlige reproduktive system, forbliver underudviklede. Mülleriske kanaler ødelægges af virkningen af anti-müllersk hormon udskilt af Sertoli-celler . Testiklerne er placeret i den abdominale eller inguinale region og i den postpubertale periode er kendetegnet ved umodne Leydig-celler og sædrør med umodne Sertoli-celler og primitive gonocytter , hvis udvikling ikke går ud over spermatogonistadiet . I nogle tilfælde, hos patienter med fuldt udviklet AIS, er de ydre kønsorganer ved fødslen i overensstemmelse med den kvindelige fænotype og er repræsenteret af en blindt ende vaginal pose, og brystudviklingen begynder i ungdomsårene. I andre tilfælde, når AIS ikke udtrykkes fuldt ud, er kønsorganerne hypospadiske og svarer hverken til en rent mandlig eller kvindelig fænotype. Endelig er patienter ved mild AIS karakteriseret ved en relativt normal mandlig fænotype og infertilitet eller muskelatrofi i voksenalderen på grund af Kennedy syndrom . I den tidlige barndom og efter puberteten har AIS-patienter plasmaniveauer af testosteron, der svarer til eller lidt over normale niveauer af dette hormon hos mænd, såvel som forhøjede niveauer af luteiniserende hormon . Men under forhold med fuldstændig eller delvis ufølsomhed over for testosteron, begynder virkningerne af østrogen , som dannes under aromatiseringen af testosteron, at dominere [60] .
Kennedys syndrom, også kendt som spinobulbar (det vil sige forbundet med rygmarven og medulla oblongata ) muskelatrofi , udvikler sig, når antallet af CAG-gentagelser i AR stiger til 40-62 gentagelser. Patienter med Kennedy syndrom udvikler progressive neurologiske underskud på grund af degeneration af spinale motoriske neuroner og efterfølgende muskelsvaghed; normalt viser sygdommen sig i alderen 40-60 år. De neurologiske manifestationer af Kennedy syndrom forklares ved, at proteiner, der indeholder for lange polyglutaminregioner, inducerer apoptose i neuroner , hvilket er karakteristisk for mange neurodegenerative sygdomme . Interessant nok er Kennedy syndrom ofte ledsaget af androgen ufølsomhed, da en AR med for lang en polyglutamin region ikke kan fungere normalt [11] .
Der er rigeligt med beviser, der forbinder androgenreceptoren og hjerte- kar-sygdomme . Ifølge epidemiologiske og kliniske data virker androgener som uafhængige faktorer for højere modtagelighed for åreforkalkning hos mænd gennem negative virkninger på lipider , blodtryk og glukosemetabolisme . Der er tegn på, at androgener er involveret i den for tidlige udvikling af koronar insufficiens hos atleter. Samtidig er manglen på androgener, især testosteron, forårsaget af aldring hos mænd eller bilateral oophorektomi hos kvinder, forbundet med forekomsten af hypertension , diabetes , åreforkalkning, og testosteronerstatningsterapi har vist sig effektiv hos sådanne patienter. Ved normale fysiologiske koncentrationer kan testosteron have en gavnlig virkning på kredsløbet , hvilket øger den anti-koagulerende aktivitet og kan udvise antitrombotiske virkninger. Desuden reducerede kortvarig brug af testosteron hos mænd med koronar insufficiens myokardieiskæmi og forbedrede endotelvasomotorisk funktion. Data om androgeners deltagelse i beskyttelse mod åreforkalkning forbliver dog kontroversielle [43] .
For udvikling og holistisk funktion har prostatakirtlen brug for androgener. Medfødt dysfunktion af androgenreceptoren eller 5-alfa-reduktase hos mænd resulterer i enten ingen eller kun minimal udvikling af prostatakirtlen. Det samme gælder for hanner af andre dyr. En uge efter kastration gennemgår hanrottens prostata degeneration på grund af apoptose af epitelceller ( androgenniveauer er utilstrækkelige til at opretholde prostataintegriteten efter fjernelse af testiklerne ). Androgener er også blandt de faktorer, der stimulerer udviklingen af prostatacancer. Undersøgelser af eunuchoide individer har vist, at deres prostata forbliver lille og ikke gennemgår hypertrofi eller malignitet. Desuden kræver dyremodeller for carcinogenese i prostata tilstedeværelsen af testikler eller eksogene androgener for at understøtte tumorudvikling. Hos transgene mus med overekspression af AR i prostata fornyes prostataepitelceller meget hurtigere end normalt, og prostatisk intraepitelial neoplasi ( malign neoplasma ) hos sådanne mus optræder meget tidligere. Selvom behovet for androgener til udvikling af prostatacancer ikke er i tvivl, er det svært at etablere en sammenhæng mellem det relative niveau af androgener i blodet og risikoen for at udvikle prostatakræft. Raceforskelle i cirkulerende androgenniveauer er blevet foreslået for at forklare forskelle i forekomsten og sværhedsgraden af prostatacancer . Data om forholdet mellem niveauet af androgener i blodet og risikoen for at udvikle prostatacancer er dog meget modstridende, og der er ingen endelig beslutning om dette spørgsmål. Måske skyldes inkonsistensen af dataene den varierende aktivitet af androgenreceptorer, som kan spille en yderst vigtig rolle i udviklingen af prostatacancer [11] .
Det har vist sig, at genetisk diversitet på AR -locuset er forbundet med risikoen for prostatacancer. Det har især vist sig, at antallet af gentagelser i CAG-gentagelsesregionen er omvendt relateret til AR-aktivitet. Manifestationen af dette på celleniveau er vævsspecifik på grund af det faktum, at polyglutaminregionen i det N-terminale domæne påvirker receptorens interaktion med p160 og andre coaktivatorer. Forskellige undersøgelser har vist, at jo kortere CAG-gentagelsesregionen i det N-terminale AR-domæne er, jo mere aggressiv er tumoren, jo tidligere starter cancerudviklingen, og jo højere er sandsynligheden for tilbagefald. Men andre undersøgelser har givet andre data. Andre ændringer i AR , såsom i den 5' uoversatte region , er blevet forbundet med prostatacancerrisiko , men disse sammenhænge er endnu ikke blevet forklaret. I modsætning til androgen-ufølsomhedssyndrom, for hvilket der er identificeret mange kausative mutationer, er der få mutationer, der disponerer for prostatacancer. En sådan arvelig mutation (missense-mutation) blev imidlertid fundet i Finland [11] .
I prostatacancerceller undergår AR -genet nogle gange forskellige ændringer. Det har vist sig, at prostatacancerceller, ligesom cellerne i prostataepitelet, hvorfra de stammer, bevarer behovet for androgener og dør under tilstande med androgenmangel. Faktisk reagerer prostatacancerceller i 80% af tilfældene på fraværet af androgener. Men under terapibetingelser, der sigter mod at reducere niveauet af androgener (for eksempel som følge af kastration), kan AR -genet i disse celler undergå visse ændringer. Hos 25-30 % af patienterne, der gennemgår en sådan behandling, gennemgår AR -genet således amplifikation, hvilket øger antallet af androgenreceptorer i tumorceller og hjælper dem med at overleve under tilstande med lave androgenniveauer. I andre tilfælde fører ændringer til en stigning i receptorens følsomhed over for endogene agonister, tillader den at genkende et bredere udvalg af agonister eller reducerer dens følsomhed over for antiandrogener [11] .
Andre kræftformerIndtil 1970'erne blev brystkræft behandlet med en vis succes med androgener (testosteron, dihydrosteron, fluoxymesteron ). Senere viste det sig dog, at der hos kvinder, der lider af brystkræft, er et øget niveau af androgener i blodet. Faktisk er risikogruppen for brystkræft kvinder i den præ- og postmenopausale periode med høje niveauer af østrogener, testosteron og binyreandrogener i blodet. En dyremodelundersøgelse viste, at kombineret eksponering for østrogen og testosteron inducerede brystcelleproliferation, androgenreceptoroverekspression og aktivering af østrogenmålgener, som alle blev afskaffet ved antiandrogenterapi. Udviklingen af antiandrogener, der er specifikke for brystkræft, er imidlertid i sin vorden, selvom tilstedeværelsen af androgenreceptorer i dette væv har været kendt i næsten 50 år [30] .
Det er muligt, at androgenreceptorer er involveret i udviklingen af spytkirtelcarcinom [61] . Derudover er det blevet foreslået, at androgener (især dihydrosteron) er involveret i udviklingen af ovariecancer [62] .