OMIM Eintrag – * 126110 – ARYL HYDROCARBON RECEPTOR NUCLEAR TRANSLOCATOR; ARNT

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Cytosolischer Dioxinrezeptor, auch Ah-Rezeptor genannt, transloziert nach Bindung eines Liganden in den Zellkern. Zu den Liganden gehören Dioxin und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK). Der Komplex leitet dann die Transkription einer Reihe von Genen ein, die an der Aktivierung von PAH-Prokarzinogenen beteiligt sind. Brooks et al. (1989) untersuchten die gewebespezifische Expression der cDNA für ein menschliches Gen (ARNT), das für die Translokation des ligandengebundenen Ah-Rezeptors in den Zellkern erforderlich ist.

Der Ah-Rezeptor ist an der Induktion von Cytochrom P450IA1 (CYP1A1; 108330), Cytochrom P450IA2 (CYP1A2; 124060) und mehreren anderen Enzymen beteiligt, die am Xenobiotikastoffwechsel beteiligt sind. Die beiden P450-Cytochrome spielen eine wichtige Rolle bei der Aktivierung von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (die in Zigarettenrauch und Smog vorkommen) und bestimmten heterozyklischen Aminen (die in gekochtem Fleisch vorkommen) zu krebserregenden Zwischenprodukten. Die ligandenfreie, zytosolische Form des Ah-Rezeptors ist ein multimerer Komplex, der aus einer ligandenbindenden Untereinheit (AHR; 600253) und einem 90-kD-Hitzeschockprotein (HSP90) besteht. Die Bindung des Liganden führt zur nuklearen Translokation nur der ligandenbindenden Untereinheit, wo sie die CYP1A1-Gentranskription durch Interaktion mit spezifischen DNA-Sequenzen, den so genannten Xenobiotic responsive elements (XREs), aktiviert. Hoffman et al. (1991) isolierten einen Teil der ARNT-Genomsequenz, indem sie nach menschlichen Genen suchten, die Mäusehepatomzellen komplementieren, bei denen die nukleare Translokation des Ah-Rezeptors defekt ist. Unter Verwendung des partiellen Genomfragments isolierten sie eine ARNT-cDNA. Das vorhergesagte 789-Aminosäuren-Protein enthält ein bHLH-Motiv (basic helix-loop-helix), zwei Regionen, die sowohl dem Drosophila-Protein für den zirkadianen Rhythmus (Per) als auch dem Sim-Protein (Single-minded) ähnlich sind, sowie eine cysteinreiche Region. ARNT ist für die Funktion des Ah-Rezeptors erforderlich. Eine Northern-Blot-Analyse ergab, dass ARNT in der Leber in Form von 2,6- und 4,2-kb-mRNAs mit geringer Abundanz exprimiert wird. Die Autoren isolierten eine zusätzliche ARNT cDNA, der ein 45-Nukleotid-Segment fehlt, was darauf hindeutet, dass ARNT-Transkripte alternativ gespleißt werden.

Reisz-Porszasz et al. (1994) klonierten eine cDNA, die für das Maus-Homolog von ARNT kodiert. Das vorhergesagte 791-Aminosäuren-Protein ist zu 94 % mit dem menschlichen ARNT identisch. Die Autoren stellten fest, dass die Region, die eine Homologie mit den Drosophila-Proteinen Per und Sim aufweist, als PAS-Domäne bezeichnet wird und zwei Kopien einer direkten Wiederholung von etwa 50 Aminosäuren enthält. Die PAS-Domänen von Per und Sim vermitteln die Heterodimerisierung zwischen diesen beiden Proteinen.

Mit Hilfe eines elektrophoretischen Mobilitätsverschiebungstests und Antikörpern gegen ARNT zeigten Reyes et al. (1992), dass ARNT eine strukturelle Komponente der XRE-bindenden Form des Ah-Rezeptors ist. Sie stellten fest, dass die 176-kD-Kernform des Ah-Rezeptors ein Heterodimer ist, das aus der ligandenbindenden Untereinheit (AHR) und dem 87-kD-ARNT besteht. Die Autoren vermuten, dass das bHLH-Motiv von ARNT dafür verantwortlich ist, dass es sowohl mit dem XRE als auch mit der ligandenbindenden Untereinheit interagiert.

Der Hypoxie-induzierbare Faktor-1 (HIF1) ist ein Transkriptionsfaktor, der in Säugetierzellen vorkommt, die unter reduzierter Sauerstoffspannung kultiviert werden, und der eine wesentliche Rolle bei zellulären und systemischen homöostatischen Reaktionen auf Hypoxie spielt. HIF1 ist ein Heterodimer, das aus einer 120-kD-HIF1-alpha-Untereinheit (603348) besteht, die mit einer 91- bis 94-kD-HIF1-beta-Untereinheit komplexiert ist. Wang et al. (1995) stellten fest, dass HIF1-beta mit ARNT identisch ist. Hogenesch et al. (1997) stellten fest, dass AHR, HIF1-alpha und MOP2 (603349) unterschiedliche Expressionsprofile aufweisen, aber alle ARNT als gemeinsamen dimeren Partner haben.

Reisz-Porszasz et al. (1994) berichteten, dass Arnt der Maus keine Homodimere bilden kann, aber in vitro effizient mit Ahr der Maus heterodimerisieren kann. Untersuchungen an Arnt-Deletionsmutanten zeigten, dass sowohl die bHLH- als auch die PAS-Domäne für eine maximale Heterodimerisierung erforderlich sind. Ein Arnt-Protein, das nur die bHLH- und PAS-Domänen enthält, ist in seiner Fähigkeit, Arnt-defiziente Mutantenzellen zu ergänzen, nur mäßig eingeschränkt.

Ein Heterodimer aus AHR und ARNT, die Transkriptionsfaktoren der Basic Helix-Loop-Helix/PAS-Familie sind, vermittelt die meisten der toxischen Wirkungen von Dioxinen. Ohtake et al. (2003) zeigten, dass das durch Agonisten aktivierte AHR/ARNT-Heterodimer direkt mit den Östrogenrezeptoren ER-alpha (133430) und ER-beta (601663) assoziiert. Sie zeigten, dass diese Assoziation zur Rekrutierung des unligandierten Östrogenrezeptors und des Koaktivators p300 (602700) an Östrogen-responsive Genpromotoren führt, was eine Aktivierung der Transkription und östrogene Wirkungen zur Folge hat. Es wurde festgestellt, dass die Funktion des ligierten Östrogenrezeptors abgeschwächt ist. Östrogene Wirkungen von AHR-Agonisten wurden in der Gebärmutter von ovarektomierten Wildtyp-Mäusen nachgewiesen, fehlten jedoch in Ahr -/- oder Er-alpha -/- ovarektomierten Mäusen. Ohtake et al. (2003) schlussfolgerten, dass ihre Ergebnisse auf einen neuartigen Mechanismus hindeuten, durch den die Östrogenrezeptor-vermittelte Östrogensignalisierung durch eine koregulatorische Funktion von aktiviertem AHR/ARNT moduliert wird, was zu nachteiligen Östrogen-bezogenen Wirkungen von Umweltschadstoffen vom Dioxintyp führt.

Um Einblicke in den Mechanismus der CD30 (153243)-Signalübertragung bei anaplastischen großzelligen Lymphomen und Hodgkin-Lymphomen zu gewinnen, verwendeten Wright und Duckett (2009) eine Affinitätsreinigungsstrategie, die zur Identifizierung von ARNT als CD30-interagierendes Protein führte, das die Aktivität der RelB-Untereinheit (604758) des Transkriptionsfaktors Nuclear Factor Kappa-B (NFKB; siehe 164011) moduliert. Anaplastische großzellige Lymphomzellen, denen ARNT fehlte, wiesen Defekte bei der Rekrutierung von RelB an NFKB-responsive Promotoren auf, während die Rekrutierung von RelA (164014) an denselben Stellen verstärkt war, was zu einer verstärkten Expression dieser NF-kappa-B-responsiven Gene führte. Wright und Duckett (2009) kamen zu dem Schluss, dass ARNT zusammen mit RelB in einem CD30-induzierten negativen Rückkopplungsmechanismus funktioniert.

Kristallstruktur

Wu et al. (2015) beschrieben die Kristallstruktur für jedes Hif2-alpha (603349)-Arnt- und Hif1-alpha (603348)-Arnt-Heterodimer der Maus in Zuständen, die gebundene kleine Moleküle und ihr Hypoxie-Reaktionselement einschließen. Hif2-alpha-Arnt und Hif1-alpha-Arnt weisen eine hochintegrierte quaternäre Architektur auf, bei der Arnt spiralförmig um die Außenseite jeder Hif-alpha-Untereinheit angeordnet ist. Es werden fünf verschiedene Taschen beobachtet, die die Bindung kleiner Moleküle ermöglichen, darunter in der PAS-Domäne eingekapselte Stellen und eine durch Heterodimerisierung der Untereinheiten gebildete Grenzflächenhöhle. Der DNA-lesende Kopf rotiert, dehnt sich aus und kooperiert mit einer distalen PAS-Domäne, um Hypoxie-Reaktionselemente zu binden. HIF-alpha-Mutationen, die mit menschlichen Krebserkrankungen in Verbindung gebracht werden, sind an empfindlichen Stellen zu finden, die die DNA-Bindung und die Stabilität der PAS-Domänen und -Taschen bestimmen.

Scheel und Schrenk (2000) stellten fest, dass das ARNT-Gen 22 Exons mit einer Größe von 25 bis 214 bp enthält und sich über 65 kb erstreckt. Die Spleißverbindungen folgen dem GT/AG-Konsens, mit Ausnahme von Intron 11, das mit GC an seinem 5-Prime-Ende beginnt.

Brooks et al. (1989) lokalisierten das ARNT-Gen durch die Untersuchung von somatischen Zellhybriden auf 1pter-q12 und kartierten das murine Homolog auf Chromosom 3. Johnson et al. (1993) lokalisierten das ARNT-Gen auf 1q21 durch Untersuchung von DNA aus Maus/Mensch-Hybridklonen, die Translokationen mit Beteiligung des menschlichen Chromosoms 1 enthielten, durch Segregationsanalyse in 9 informativen CEPH-Familien und durch in situ Hybridisierung. Sie kartierten das Maus-Homolog auf Chromosom 3 unter Verwendung eines Panels von 16 somatischen Hamster/Maus-Zellhybriden und kartierten es regional auf Chromosom 3 durch Kopplungsanalyse in einer interspezifischen Rückkreuzung.

Das TEL/ETV6-Gen (600618) befindet sich auf 12p13 und kodiert ein Mitglied der ETS-Familie von Transkriptionsfaktoren. TEL ist häufig an chromosomalen Translokationen bei menschlichen Malignomen beteiligt, die in der Regel zur Expression von Fusionsproteinen zwischen dem aminoterminalen Teil von TEL und entweder nicht verwandten Transkriptionsfaktoren oder Protein-Tyrosinkinasen führen. Salomon-Nguyen et al. (2000) charakterisierten eine t(1;12)(q21;p13)-Translokation, die in einem Fall von akuter myeloblastischer Leukämie (AML-M2) beobachtet wurde. Auf der Proteinebene wurden die nicht translozierte TEL-Kopie und, als Folge der t(1;12)-Translokation, ein Fusionsprotein zwischen TEL und im Wesentlichen dem gesamten ARNT-Gen exprimiert. Die Beteiligung von ARNT an der menschlichen Leukämogenese war zuvor nicht beschrieben worden.

Bei der Untersuchung der Ätiologie nicht-syndromaler oraler Spaltbildungen (OFC1; 119530) untersuchten Kayano et al. (2004) mit Hilfe des Transmissionsungleichgewichtstests (TDT) und einer Fall-Kontroll-Studie, ob es in der japanischen Bevölkerung einen Zusammenhang zwischen solchen Spaltbildungen und SNPs in den Genen AHR, CYP1A1 oder ARNT gibt. Die Produkte dieser drei Gene sind alle am Metabolismus von 2,3,7,8-Tetrachlordibenzo-p-dioxin (TCDD) beteiligt, das verdächtig ist, weil die Verabreichung von TCDD während der Organogenese bei Mäusen zu einer hohen Inzidenz von Gaumenspalten bei Föten führt. Kayano et al. (2004) fanden keine Hinweise auf eine Beteiligung von AHR oder CYP1A1 an Clefting; allerdings wurden spezifische SNPs in ARNT in der untersuchten japanischen Population mit nicht-syndromalem Clefting in Verbindung gebracht. Wenn ein Haplotyp bestehend aus 567G/C und IVS12-19T/G in ARNT berücksichtigt wurde, wurde eine bevorzugte Übertragung des CT-Haplotyps beobachtet (p = 0,0012). In der Fall-Kontroll-Studie wurde eine signifikante Assoziation von IVS12-19T/G beobachtet (p = 0,021).