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

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Il recettore diossina citosolico, chiamato anche recettore Ah, si trasferisce al nucleo dopo il legame del ligando. I ligandi includono la diossina e gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA). Il complesso inizia quindi la trascrizione di una batteria di geni coinvolti nell’attivazione dei procarcinogeni PAH. Brooks et al. (1989) hanno studiato l’espressione tessuto-specifica del cDNA di un gene umano (ARNT) richiesto per la traslocazione del recettore Ah legato al ligando nel nucleo.

Il recettore Ah è coinvolto nell’induzione del citocromo P450IA1 (CYP1A1; 108330), del citocromo P450IA2 (CYP1A2; 124060), e di diversi altri enzimi che partecipano al metabolismo xenobiotico. I 2 citocromi P450 sono importanti nell’attivazione degli idrocarburi policiclici aromatici (trovati nel fumo di sigaretta e nello smog) e di alcune ammine eterocicliche (trovate nella carne cotta) in intermedi cancerogeni. La forma citosolica del recettore Ah, senza legante, è un complesso multimerico composto da una subunità legante (AHR; 600253) e una proteina heat-shock 90-kD (HSP90). Il legame del ligando porta alla traslocazione nucleare della sola subunità legante il ligando, dove attiva la trascrizione del gene CYP1A1 attraverso l’interazione con specifiche sequenze di DNA denominate xenobiotic responsive elements (XREs). Hoffman et al. (1991) hanno isolato una porzione della sequenza genomica ARNT cercando geni umani che completavano le cellule di epatoma di topo difettose nella traslocazione nucleare del recettore Ah. Usando il frammento genomico parziale, hanno isolato un cDNA di ARNT. La proteina prevista di 789 aminoacidi contiene un motivo basic helix-loop-helix (bHLH), 2 regioni che sono simili sia al ritmo circadiano (Per) che alle proteine single-minded (Sim) della Drosophila, e una regione ricca di cisteina. ARNT è richiesto per la funzione del recettore Ah. Con l’analisi Northern blot, ARNT è espresso nel fegato come mRNA a bassa abbondanza di 2.6- e 4.2-kb. Gli autori hanno isolato un ulteriore cDNA di ARNT privo di un segmento di 45-nucleotidi, suggerendo che i trascritti di ARNT sono sottoposti a splicing alternativo.

Reisz-Porszasz et al. (1994) hanno clonato un cDNA che codifica l’omologo murino di ARNT. La proteina predetta di 791 aminoacidi è identica al 94% alla ARNT umana. Gli autori hanno notato che la regione che mostra omologia con le proteine Per e Sim della Drosophila è chiamata dominio PAS e contiene 2 copie di una ripetizione diretta di circa 50 aminoacidi. I domini PAS di Per e Sim mediano l’eterodimerizzazione tra queste 2 proteine.

Utilizzando un test di mobilità elettroforetica e anticorpi contro ARNT, Reyes et al. (1992) hanno dimostrato che ARNT è un componente strutturale della forma di legame XRE del recettore Ah. Hanno scoperto che la forma nucleare da 176 kD del recettore Ah è un eterodimero composto dalla subunità legante il ligando (AHR) e l’ARNT da 87 kD. Gli autori hanno suggerito che il motivo bHLH di ARNT è responsabile della sua interazione sia con la XRE che con la subunità legante.

Hypoxia-inducible factor-1 (HIF1) è un fattore di trascrizione che si trova nelle cellule di mammifero coltivate sotto ridotta tensione di ossigeno e che gioca un ruolo essenziale nelle risposte omeostatiche cellulari e sistemiche all’ipossia. HIF1 è un eterodimero composto da una subunità HIF1-alfa di 120 kD (603348) complessata con una subunità HIF1-beta di 91-94 kD. Wang et al. (1995) hanno determinato che HIF1-beta è identico ad ARNT. Hogenesch et al. (1997) hanno scoperto che AHR, HIF1-alfa, e MOP2 (603349) hanno diversi profili di espressione, ma tutti condividono ARNT come partner dimerico comune.

Reisz-Porszasz et al. (1994) hanno riportato che Arnt del topo non può formare omodimeri ma può eterodimerizzare efficientemente con Ahr del topo in vitro. Gli studi sui mutanti di delezione di Arnt hanno mostrato che entrambi i domini bHLH e PAS sono richiesti per la massima eterodimerizzazione. Una proteina Arnt contenente solo i domini bHLH e PAS è solo moderatamente ridotta nella sua capacità di completare le cellule mutanti Arnt-deficienti.

Un eterodimero di AHR e ARNT, che sono fattori di trascrizione della famiglia basic helix-loop-helix/PAS, media la maggior parte degli effetti tossici delle diossine. Ohtake et al. (2003) hanno dimostrato che l’eterodimero AHR/ARNT attivato dall’agonista si associa direttamente ai recettori estrogeni ER-alfa (133430) e ER-beta (601663). Hanno dimostrato che questa associazione porta al reclutamento del recettore estrogeno non legato e del coattivatore p300 (602700) ai promotori dei geni estrogeno-responsivi, portando all’attivazione della trascrizione e agli effetti estrogenici. La funzione del recettore degli estrogeni legato è stata trovata attenuata. Le azioni estrogeniche degli agonisti AHR sono state rilevate in uteri di topi ovariectomizzati wildtype, ma erano assenti in topi ovariectomizzati Ahr -/- o Er-alpha -/-. Ohtake et al. (2003) hanno concluso che i loro risultati suggeriscono un nuovo meccanismo attraverso il quale la segnalazione estrogenica mediata dal recettore degli estrogeni è modulata da una funzione simile al coregolatore di AHR/ARNT attivato, dando origine ad azioni avverse legate agli estrogeni di contaminanti ambientali di tipo diossina.

Per comprendere il meccanismo di segnalazione di CD30 (153243) nel linfoma anaplastico a grandi cellule e nel linfoma di Hodgkin, Wright e Duckett (2009) hanno usato una strategia di purificazione di affinità che ha portato all’identificazione di ARNT come una proteina che interagisce con CD30 e modula l’attività della subunità RelB (604758) del fattore di trascrizione fattore nucleare kappa-B (NFKB; vedi 164011). Le cellule di linfoma anaplastico a grandi cellule carenti di ARNT hanno mostrato difetti nel reclutamento di RelB nei promotori NFKB-responsive, mentre il reclutamento di RelA (164014) negli stessi siti è stato potenziato, con conseguente aumento dell’espressione di questi geni NF-kappa-B-responsive. Wright e Duckett (2009) hanno concluso che ARNT funziona di concerto con RelB in un meccanismo di feedback negativo indotto da CD30.

Struttura di cristallo

Wu et al. (2015) hanno descritto la struttura di cristallo per ciascuno degli eterodimeri di topo Hif2-alpha (603349)-Arnt e Hif1-alpha (603348)-Arnt in stati che includono piccole molecole legate e il loro elemento di risposta all’ipossia. Un’architettura quaternaria altamente integrata è condivisa da Hif2-alfa-Arnt e Hif1-alfa-Arnt, dove Arnt si avvolge a spirale intorno alla parte esterna di ogni subunità Hif-alfa. Si osservano cinque tasche distinte che permettono il legame di piccole molecole, compresi i siti incapsulati nel dominio PAS e una cavità interfacciale formata attraverso l’eterodimerizzazione delle subunità. La testa di lettura del DNA ruota, si estende e coopera con un dominio PAS distale per legare elementi di risposta all’ipossia. Le mutazioni di HIF-alfa legate ai tumori umani mappano i siti sensibili che stabiliscono il legame al DNA e la stabilità dei domini PAS e delle tasche.

Scheel e Schrenk (2000) hanno determinato che il gene ARNT contiene 22 esoni, di dimensioni variabili da 25 a 214 bp, e si estende per 65 kb. Le giunzioni di splice seguono il consensus GT/AG tranne che per l’introne 11 che inizia con GC alla sua estremità 5-prime.

Con lo studio di ibridi di cellule somatiche, Brooks et al. (1989) localizzarono il gene ARNT a 1pter-q12 e mapparono l’omologo murino al cromosoma 3. Johnson et al. (1993) localizzarono il gene ARNT a 1q21 studiando il DNA di cloni ibridi topo/umano che mantenevano traslocazioni che coinvolgevano il cromosoma umano 1, mediante analisi di segregazione in 9 famiglie CEPH informative e mediante ibridazione in situ. Hanno mappato l’omologo del topo sul cromosoma 3 usando un pannello di 16 ibridi di cellule somatiche criceto/mouse e l’hanno mappato regionalmente sul cromosoma 3 mediante analisi di linkage in un backcross interspecifico.

Il gene TEL/ETV6 (600618) si trova a 12p13 e codifica un membro della famiglia dei fattori di trascrizione ETS. TEL è frequentemente coinvolto in traslocazioni cromosomiche in tumori maligni umani, di solito con conseguente espressione di proteine di fusione tra la parte amino-terminale di TEL e fattori di trascrizione non correlati o proteine tirosin-chinasi. Salomon-Nguyen et al. (2000) hanno caratterizzato una traslocazione t(1;12)(q21;p13) osservata in un caso di leucemia mieloblastica acuta (AML-M2). A livello proteico, la copia TEL non traslocata e, come risultato della traslocazione t(1;12), una proteina di fusione tra TEL e essenzialmente tutto il gene ARNT, sono stati espressi. Il coinvolgimento di ARNT nella leucemogenesi umana non era stato precedentemente descritto.

Studiando l’eziologia delle fessure orali non sindromiche (OFC1; 119530), Kayano et al. (2004) hanno valutato se esiste un’associazione nella popolazione giapponese di tali fessure con SNPs nei geni AHR, CYP1A1, o ARNT usando il test di disequilibrio di trasmissione (TDT) e uno studio caso-controllo. I prodotti di questi 3 geni sono tutti coinvolti nel metabolismo della 2,3,7,8-tetraclorodibenzo-p-diossina (TCDD), che è sospetta perché quando somministrata durante l’organogenesi nei topi, un’alta incidenza di palatoschisi risulta nei feti. Kayano et al. (2004) non hanno trovato alcuna prova del coinvolgimento di AHR o CYP1A1 con clefting; tuttavia, SNPs specifici in ARNT sono stati associati con clefting non sindromico nella popolazione giapponese studiata. Quando è stato considerato un aplotipo composto da 567G/C e IVS12-19T/G in ARNT, è stata osservata una trasmissione preferenziale dell’aplotipo CT (p = 0,0012). Nello studio caso-controllo, è stata osservata un’associazione significativa di IVS12-19T/G (p = 0,021).