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

TEXT

Cytosolische dioxine-receptor, ook wel Ah-receptor genoemd, transloceert naar de celkern na binding van ligand. Liganden zijn onder meer dioxine en polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK). Het complex zet vervolgens de transcriptie in gang van een reeks genen die betrokken zijn bij de activering van PAK-procarcinogenen. Brooks e.a. (1989) bestudeerden de weefselspecifieke expressie van het cDNA voor een menselijk gen (ARNT) dat nodig is voor de translocatie van de ligand-gebonden Ah-receptor naar de kern.

De Ah-receptor is betrokken bij de inductie van cytochroom P450IA1 (CYP1A1; 108330), cytochroom P450IA2 (CYP1A2; 124060), en verscheidene andere enzymen die deelnemen aan het metabolisme van xenobiotica. De 2 P450-cytochromen zijn belangrijk bij de activering van polycyclische aromatische koolwaterstoffen (die worden aangetroffen in sigarettenrook en smog) en bepaalde heterocyclische amines (die worden aangetroffen in gekookt vlees) tot carcinogene tussenproducten. De ligandvrije, cytosolische vorm van de Ah-receptor is een multimeer complex dat bestaat uit een ligandbindende subeenheid (AHR; 600253) en een 90-kD hitteschok-eiwit (HSP90). Binding van ligand leidt tot de nucleaire translocatie van alleen de ligand-bindende subeenheid, waar het CYP1A1-gen transcriptie activeert door interactie met specifieke DNA-sequenties die xenobiotic responsive elements (XRE’s) worden genoemd. Hoffman e.a. (1991) isoleerden een gedeelte van de ARNT genomische sequentie door te zoeken naar menselijke genen die complementair waren aan hepatoma cellen van muizen die defect waren in de nucleaire translocatie van de Ah receptor. Met behulp van het gedeeltelijke genomische fragment isoleerden zij een ARNT cDNA. Het voorspelde eiwit van 789 aminozuren bevat een basisch helix-lus-helix (bHLH) motief, 2 regio’s die gelijken op zowel de Drosophila circadiaans ritme (Per) als enkelvoudige (Sim) eiwitten, en een cysteïnerijke regio. ARNT is nodig voor de Ah receptor functie. Uit noordelijke blotanalyse blijkt dat ARNT in de lever tot expressie komt als mRNA’s van 2,6 en 4,2 kb met lage abundantie. De auteurs isoleerden een extra ARNT cDNA zonder een 45-nucleotide segment, wat suggereert dat ARNT transcripten alternatief worden gespliced.

Reisz-Porszasz et al. (1994) kloneerden een cDNA dat codeert voor de muis homoloog van ARNT. Het voorspelde 791-amino zure eiwit is 94% identiek aan het menselijke ARNT. De auteurs merkten op dat het gebied dat homologie vertoont met de Drosophila Per en Sim eiwitten het PAS domein wordt genoemd en 2 kopieën bevat van een ongeveer 50-amino zure directe repeat. De PAS domeinen van Per en Sim mediëren heterodimerisatie tussen deze 2 eiwitten.

Met behulp van een electrophoretic mobility shift assay en antilichamen tegen ARNT, toonden Reyes et al. (1992) aan dat ARNT een structurele component is van de XRE-bindende vorm van de Ah receptor. Zij ontdekten dat de 176-kD nucleaire vorm van de Ah-receptor een heterodimer is dat bestaat uit de ligand-bindende subeenheid (AHR) en de 87-kD ARNT. De auteurs suggereerden dat het bHLH motief van ARNT verantwoordelijk is voor zijn interactie met zowel het XRE als de ligand-bindende subeenheid.

Hypoxie-induceerbare factor-1 (HIF1) is een transcriptiefactor die wordt aangetroffen in zoogdiercellen die onder verlaagde zuurstofspanning worden gekweekt en die een essentiële rol speelt in cellulaire en systemische homeostatische reacties op hypoxie. HIF1 is een heterodimer bestaande uit een 120-kD HIF1-alfa-subeenheid (603348) gecomplexeerd met een 91- tot 94-kD HIF1-beta-subeenheid. Wang et al. (1995) stelden vast dat HIF1-beta identiek is aan ARNT. Hogenesch et al. (1997) ontdekten dat AHR, HIF1-alfa, en MOP2 (603349) verschillende expressieprofielen hebben, maar alle ARNT als een gemeenschappelijke dimere partner delen.

Reisz-Porszasz et al. (1994) rapporteerden dat muis Arnt geen homodimeren kan vormen maar wel efficiënt kan heterodimeren met muis Ahr in vitro. Studies van Arnt deletiemutanten toonden aan dat zowel de bHLH als de PAS domeinen vereist zijn voor een maximale heterodimerisatie. Een Arnt eiwit dat alleen de bHLH en PAS domeinen bevat is slechts matig verminderd in zijn vermogen om Arnt-deficiënte mutantcellen te complementeren.

Een heterodimer van AHR en ARNT, die basische helix-lus-helix/PAS familie transcriptiefactoren zijn, medieert de meeste toxische effecten van dioxines. Ohtake et al. (2003) toonden aan dat het door een agonist geactiveerde AHR/ARNT heterodimeer direct associeert met de oestrogeenreceptoren ER-alfa (133430) en ER-beta (601663). Zij toonden aan dat deze associatie resulteert in de recrutering van ongebonden oestrogeenreceptor en de coactivator p300 (602700) aan oestrogeen-responsieve genpromotors, wat leidt tot activatie van transcriptie en oestrogene effecten. De functie van geligandde oestrogeenreceptor bleek te worden verzwakt. Oestrogene effecten van AHR agonisten werden waargenomen in wildtype ovariectomiseerde muizenbaarmoeders, maar waren afwezig in Ahr -/- of Er-alpha -/- ovariectomiseerde muizen. Ohtake et al. (2003) concludeerden dat hun bevindingen een nieuw mechanisme suggereren waarbij oestrogeen receptor-gemedieerde oestrogeensignalering wordt gemoduleerd door een coregulatory-achtige functie van geactiveerde AHR/ARNT, die aanleiding geeft tot nadelige oestrogeen-gerelateerde acties van dioxine-type milieuverontreinigende stoffen.

Om inzicht te krijgen in het mechanisme van CD30 (153243) signalering in anaplastisch grootcellig lymfoom en Hodgkin lymfoom, gebruikten Wright en Duckett (2009) een affiniteitszuiveringsstrategie die leidde tot de identificatie van ARNT als een CD30-interagerend eiwit dat de activiteit van de RelB-subeenheid (604758) van de transcriptiefactor nuclear factor kappa-B (NFKB; zie 164011) moduleert. Anaplastisch grootcellig lymfoom cellen die deficiënt waren in ARNT vertoonden defecten in RelB recrutering aan NFKB-responsieve promotors, terwijl RelA (164014) recrutering aan dezelfde plaatsen werd versterkt, wat resulteerde in de verhoogde expressie van deze NF-kappa-B-responsieve genen. Wright en Duckett (2009) concludeerden dat ARNT samen met RelB functioneert in een CD30-geïnduceerd negatief terugkoppelingsmechanisme.

Kristalstructuur

Wu et al. (2015) beschreven de kristalstructuur voor elk van de muis Hif2-alfa (603349)-Arnt en Hif1-alfa (603348)-Arnt heterodimeren in toestanden die gebonden kleine moleculen en hun hypoxie response element bevatten. Een sterk geïntegreerde quaternaire architectuur wordt gedeeld door Hif2-alpha-Arnt en Hif1-alpha-Arnt, waarin Arnt spiraalsgewijs rond de buitenkant van elke Hif-alpha subeenheid loopt. Vijf verschillende pockets worden waargenomen die binding van kleine moleculen mogelijk maken, waaronder PAS-domein ingekapselde sites en een interfaciale holte gevormd door subunit heterodimerisatie. De DNA-leeskop roteert, strekt zich uit, en werkt samen met een distaal PAS-domein om hypoxie response elementen te binden. HIF-alfa mutaties die in verband worden gebracht met menselijke kankers brengen gevoelige plaatsen in kaart die de DNA binding en de stabiliteit van de PAS domeinen en pockets bepalen.

Scheel en Schrenk (2000) hebben vastgesteld dat het ARNT-gen 22 exonen bevat, variërend in grootte van 25 tot 214 bp, en 65 kb omspant. Splice junctions volgen de GT/AG consensus behalve voor intron 11 dat begint met GC aan zijn 5-prime einde.

Door de studie van somatische cel hybriden, lokaliseerden Brooks et al. (1989) het ARNT gen op 1pter-q12 en brachten de muriene homoloog in kaart op chromosoom 3. Johnson et al. (1993) lokaliseerden het ARNT gen op 1q21 door studie van DNA van muis/mens hybride klonen die translocaties behielden waarbij menselijk chromosoom 1 betrokken was, door segregatie analyse in 9 informatieve CEPH families, en door in situ hybridisatie. Zij brachten de homoloog van de muis in kaart op chromosoom 3 met behulp van een panel van 16 hamster/muis somatische celhybriden en brachten het regionaal in kaart op chromosoom 3 door middel van koppelingsanalyse in een interspecifieke terugkruising.

Het TEL/ETV6-gen (600618) ligt op 12p13 en codeert voor een lid van de ETS-familie van transcriptiefactoren. TEL is vaak betrokken bij chromosomale translocaties in menselijke maligniteiten, meestal resulterend in de expressie van fusie-eiwitten tussen het amino-terminale deel van TEL en hetzij niet-gerelateerde transcriptiefactoren of proteïne tyrosine kinasen. Salomon-Nguyen et al. (2000) karakteriseerden een t(1;12)(q21;p13) translocatie waargenomen in een geval van acute myeloblastaire leukemie (AML-M2). Op eiwitniveau kwamen de niet-getranslokeerde TEL-kopie en, als gevolg van de t(1;12) translocatie, een fusie-eiwit tussen TEL en vrijwel het gehele ARNT-gen, tot expressie. De betrokkenheid van ARNT bij menselijke leukemogenese was nog niet eerder beschreven.

Studie naar de etiologie van niet-syndromale orale spleten (OFC1; 119530), Kayano et al. (2004) onderzochten of er in de Japanse populatie een associatie bestaat van zulke spleten met SNPs in de AHR, CYP1A1, of ARNT genen met behulp van de transmissie disequilibrium test (TDT) en een case-control studie. De producten van deze 3 genen zijn alle betrokken bij het metabolisme van 2,3,7,8-tetrachloordibenzo-p-dioxine (TCDD), dat verdacht is omdat bij toediening tijdens de organogenese bij muizen een hoge incidentie van gespleten gehemelte bij foetussen het gevolg is. Kayano et al. (2004) vonden geen bewijs voor betrokkenheid van AHR of CYP1A1 bij gespleten gehemeltes; echter, specifieke SNPs in ARNT werden geassocieerd met niet-syndromale gespleten gehemeltes in de onderzochte Japanse populatie. Wanneer een haplotype bestaande uit 567G/C en IVS12-19T/G in ARNT werd beschouwd, werd preferentiële overdracht van het CT haplotype waargenomen (p = 0,0012). In de case-control studie werd een significante associatie van IVS12-19T/G waargenomen (p = 0,021).