Андрогеновий рецептор, або андрогенний рецептор (), або NR3C4 — один з рецепторів стероїдних гормонів, активований андрогенами — тестостероном або дигідротестостероном. Належить до підродини 3, групи З (ген 4) родини ядерних рецепторів, здатних безпосередньо взаємодіяти з ядерною ДНК. Андрогеновий рецептор активується при зв'язуванні з андрогенами в цитоплазмі, а потім переноситься в ядро.
Андрогеновий рецептор — фактор транскрипції, який регулює експресію генів шляхом взаємодії з ДНК, а також виконує інші функції, не пов'язані зі взаємодією з ДНК. Гени, регульовані андрогенами за допомогою AR, мають важливе значення для розвитку і підтримки чоловічого фенотипу.
У людини андрогеновий рецептор - білок, який кодується геном AR, розташованим на короткому плечі Х-хромосоми в локусі Xq11.2-12 . Довжина поліпептидного ланцюга білка становить 920 амінокислот, а молекулярна маса — 99 188.
Кодований геном білок за функціями належить до рецепторів, активаторів, фосфопротеїнів. Задіяний у таких біологічних процесах, як транскрипція, регуляція транскрипції, альтернативний сплайсинг. Білок має сайт для зв'язування з ліпідами, іонами металів, іоном цинку, ДНК, стероїдами. Локалізований у цитоплазмі, ядрі.
1953 року Джон Морріс (), акушер з Єльського університету, повідомив про 82 індивідууми, які мали жіночий фенотип, попри наявність сім'яників. Проведені після цього ендокринологічні, патофізіологічні, біохімічні і молекулярно-біологічні дослідження дозволили встановити, що такий фенотип обумовлений синдромом нечутливості до андрогенів. Ці дослідження пролили світло на роль андрогенів у визначенні чоловічої статі, механізми дії андрогенів, а також на будову і функціонування андрогенових рецепторів.
Ген
Ген андрогенового рецептора (AR) людини розташовується на довгому плечі Х-хромосоми в локусі Xq11.2-12, причому 5'-кінець гена звернений до центромери. Нуклеотидна послідовність гена містить 90 тисяч пар основ і включає 8 екзонів. Їх структурна організація аналогічна до генів інших рецепторів стероїдних гормонів. Екзон 1 кодує N-кінцевий домен (NTD) білка, екзони 2 і 3 — центральний ДНК-зв'язувальний домен (DBD), а екзони 4-8 — С-кінцевий домен. В різних клітинних лініях виявлено 2 альтернативні форми мРНК AR завдовжки 8,5 і 11 тисяч основ відповідно; вони є результатом альтернативного сплайсингу на 3'-нетрансльованій області. Жодних структурних і функціональних розходжень між продуктами трансляції цих мРНК не виявлено, проте можливо, що наявність у певної тканини тієї чи іншої форми мРНК визначається специфічними тканинними регуляторами. В передміхуровій залозі і фібробластах шкіри, яка покриває статеві органи, переважно експресується довша мРНК. Ген AR містить дві поліморфні ділянки, що складаються з тринуклеотидних повторів, які кодують напівглутамінову і напівгліцинову ділянки N-кінцевого трансактиваційного домену рецептора (докладніше див. розділ #Структура).
Будова гена AR консервативна серед ссавців — від гризунів до людини. Ген локалізований в Х-хромосомі і в інших ссавців, таких як сумчасті і однопрохідні, що може показувати зв'язок між AR та іншими синтенічними генами.
CAG-повтори Перший екзон AR містить кілька ділянок з повторюваними послідовностями. Найбільш примітний з таких повторів починається з кодону 58 і складається з 21 ± 2 повтору триплету CAG, оскільки при саме в ньому найчастіше відбувається збільшення кількості CAG-повторів. Повтори CAG еволюційно консервативні: у щурів і мишей є короткі ділянки CAG-повторів, які відповідають аналогічній ділянці гену AR людини, яка кодує напівглутамінову ділянку андрогенового рецептора, що починається з позиції 57. Регіон з повторами CAG є і в генах AR приматів, причому його довжина тим менша, чим вид тварин далі відстоїть від людини. Як і в інших генів, які мають ділянки CAG-повторів, довжина цієї ділянки у AR широко варіює через ДНК-полімерази на матриці, тому загальна кількість реплікованих триплетів CAG може різнитися. Кількість CAG-повторів варіює від 14 до 35 і може бути пов'язана з етнічною та расовою приналежністю. Довжина напівглутамінової ділянки AR, кодованої CAG-повторами, може впливати на активність рецептора і впливати на ризик розвитку раку передміхурової залози.
Регуляція експресії Транскрипція гену AR залежить від типу клітин, а в деяких тканинах — і від віку. Ба більше, рівень мРНК AR регулюється андрогенами та іншими стероїдними гормонами. Промотор гену AR не має типових ТАТА- і СААТ-боксів. На відміну від більшості генів, позбавлених ТАТА-боксу, 5'-нетрансльована область AR містить GC-збагачені послідовності, які зв'язуються з фактором транскрипції Sp1. Крім Sp1, позитивно експресію AR регулюють такі білки, як CREB і C-myc, а негативно — транскрипційний фактор NF-κB і конститутивно активний фактор . Ген AR може транскрибуватися принаймні з двох різних промоторів, активність яких залежить від типу клітин. Дослідження промотору AR щура показали наявність безлічі сайтів зв'язування з різними коактиваторами транскрипції. AR експресується в найрізноманітніших тканинах, які не мають стосунку до первинних і вторинних статевих органів, а це узгоджується з його багатогранними ефектами. І справді, складно знайти тканину, у якій не експресувалась хоча б невелика кількість AR (виняток становить селезінка). У печінки щура виявлено також залежність рівня експресії AR від віку, що зумовлено зв'язуванням різних транскрипційних чинників зі специфічними послідовностями-мішенями в промоторі AR.
У щура промотор AR містить ДНК, які слугують сайтами зв'язування для андрогенового рецептора, глюкокортикоїдного рецептора і прогестеронового рецептора. У зв'язку з цим існує негативний зворотний зв'язок, що регулює транскрипцію AR за допомогою самого AR. Кастрація призводить до збільшення рівня мРНК AR, однак цей ефект усувається при прийомі андрогенів. Експресія AR у пацюка негативно регулюється андрогенами і гонадотропіном фолікулостимулювальним гормоном, причому ця регуляція може бути опосередкована циклічним АМФ, для якого в промоторі AR є елемент відгуку.
Еволюційна консервативність Консервативність деяких сегментів гену AR у ході еволюції віддзеркалює критичне значення цих сегментів для функціонування молекули рецептора. Найбільш консервативна ділянка — DBD, яка практично незмінна в ланцюгові від шпоркової жаби до людини; крім того, високу консервативність демонструють ліганд-зв'язувальний домен (LBD) і шарнірна () ділянка. Оскільки AR у різних організмів зв'язуються з дуже близькими за будовою лігандами, то консервативні кодони 12-43 LBD відповідають ліганд-зв'язувальній ділянці. Мутації, які зачіпають LBD, призводять до синдрому нечутливості до андрогенів, що проявляється у широкої низки видів хребетних, від жаб до людини. Крім того, шарнірна ділянка, зокрема, її N-кінцевий домен, також висококонсервативна — від жаб до гризунів. У NTD, кодованих першим екзоном, починаючи з 539-го кодону, не спостерігається практично ніякої консервативності від гризунів до людини. Однак, аналіз послідовностей на ділянках від кодону 1 до 53 і від кодону 360 до 429 показав, що вони кодують ділянку білка, консервативного серед різних організмів. Ці ділянки важливі для димеризаціі AR, і їх консервативність віддзеркалює функціональну схожість AR у всіх приматів.
Структура
Ізоформи
Дві різні ізоформи андрогенового рецептора — AR-A і AR-B — вперше були описані у людини в фібробластах шкіри статевих органів. AR-A має масу 87 кДа і має вкорочений, у порівнянні з ізоформою AR-B (110 кДа), N-кінцевий домен. У всьому іншому ці ізоформи ідентичні. Передбачають, що трансляція AR-A починається з першого внутрішнього залишку метіоніну (Met-188) на тому ж транскрипті, з якого транслюється повна форма AR-B. Обидві ізоформи експресуються в різних тканин як зародків, так і дорослих людей (і чоловіків, і жінок), однак найбільш рясна експресія спостерігається в репродуктивних тканин. Співвідношення AR-B:AR-A варіює в різних тканинах і по-різному на різних стадіях розвитку. У тім'яній кістці плоду, який розвивається, рівень AR-B відносно низький, тоді як AR-A там не виявлено взагалі. У людських остеобластах виявлено обидві ізоформи. Невідомо, чи можуть ці ізоформи брати участь у різних сигнальних шляхах у людей, але, ймовірно, їхні функції все-таки різняться.
В інших хребетних також виявлено кілька ізоформ AR. У гортані гладенької шпоркової жаби описано дві різні ізоформи AR, які різняться N-кінцевим доменом (AR α і AR β). Експресія AR β пов'язана з проліферацією і диференціюванням гортанних м'язів у молодих особин і хрящів у самців, тоді як експресія AR α зберігається впродовж наступних стадій розвитку. Дві різні форми AR (AR1 і AR2) також виявлено в риби . У цієї риби дві ізоформи AR різняться спорідненістю зв'язування з агоністами, фізичними властивостями та розподілом за тканинами. AR1 експресується переважно в мозку, AR2 — в мозку, яєчниках і сім'яниках. AR2 має високу спорідненість до великого спектра андрогенів, тоді як AR2 може пов'язуватися лише з тестостероном. Ці дані вказують на те, що в X. laevis і M. undulatus дві різні форми андрогенових рецепторів виконують різні функції в тканинах-мішенях.
Домени
Як і інші ядерні рецептори, андрогеновий рецептор складається з С-кінцевого α-спірального глобулярного домену, що відповідає за зв'язування з лігандом і димеризацію, який через шарнірну ділянку пов'язаний з другим α-спіраль глобулярним доменом, що відповідає за специфічне зв'язування з ДНК і димеризацію, і пластичного N-кінцевого домену зі змінною структурою, який у деяких випадках бере участь у регуляції транскрипції. N-кінцевий домен, який містить функціональну ділянку активації 1 (AF-1) між залишками 101-370, необхідний для повної ліганд-активованої транскрипційної активності, функціональну ділянку активації 5 (AF-5) між залишками 360-485, відповідальну за конститутивну активність (активність без зв'язаного ліганду) і поверхню димеризаціі, що включає залишки 1-36 (містять мотив FXXLF, де F — фенілаланін, L — лейцин, а Х — будь-який амінокислотний залишок) і 370-494 (обидві ці поверхні взаємодіють з LBD у внутрішньомолекулярній взаємодії типу «голова до хвоста»). Шарнірна ділянка містить ліганд-залежний сигнал ядерної локалізації. Ліганд-зв'язувальний домен (LBD) містить функціональну ділянку активації 2 (AF-2), відповідальну за агоніст-індуковану активність (активність у присутності зв'язаного агоніста). AF-2 зв'язується або внутрішньомолекулярно з N-кінцевим мотивом FXXFL, або з білками-коактиваторами (містять мотиви LXXLL або, ймовірніше, FXXFL). Крім того, в LBD міститься ліганд-залежний .
N-кінцевий домен N-кінцевий домен андрогенового рецептора (NTD) кодується екзоном 1 і містить дві основні функціональні ділянки активації транскрипції та кілька структурних субдоменів. Як і в інших рецепторів стероїдних гормонів, NTD AR від природи не має впорядкованої структури й існує у вигляді безлічі різних конформаційних варіантів. Його структура являє собою білкову глобулу, яка здатна формувати спіральні ділянки. Серед його 539 амінокислот розташовані дві незалежні функціональні активаційні ділянки: AF-1 (розташована між залишками 103-372), яка необхідна для трансактивації повної форми AR, і AF-5 (розташована між залишками 362-486), яка потрібна для трансактивації конститутивно активного AR, позбавленого ліганд-зв'язувального домену (LBD). Станом на 2017 рік відомо, що AF-5 взаємодіє зі збагаченими глутаміном доменами кофакторів родини р160, наприклад, SRC-1 і TIF2/GRIP1 (докладніше про взаємодіях AR з іншими білками див.).