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

TEXT

Cytozolowy receptor dioksynowy, określany również jako receptor Ah, ulega translokacji do jądra po związaniu liganda. Ligandami są dioksyny i wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (PAH). Kompleks ten inicjuje transkrypcję szeregu genów biorących udział w aktywacji prokarcynogenów WWA. Brooks i wsp. (1989) badali tkankowo-specyficzną ekspresję cDNA dla ludzkiego genu (ARNT) wymaganego do translokacji związanego z ligandem receptora Ah do jądra.

Receptor Ah jest zaangażowany w indukcję cytochromu P450IA1 (CYP1A1; 108330), cytochromu P450IA2 (CYP1A2; 124060) i kilku innych enzymów, które uczestniczą w metabolizmie ksenobiotyków. Cytochromy 2 P450 odgrywają ważną rolę w aktywacji wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (występujących w dymie papierosowym i smogu) oraz niektórych amin heterocyklicznych (występujących w gotowanym mięsie) do rakotwórczych produktów pośrednich. Wolna od ligandu, cytozolowa forma receptora Ah jest multimerycznym kompleksem składającym się z podjednostki wiążącej ligand (AHR; 600253) i 90-kD białka szoku cieplnego (HSP90). Wiązanie ligandu prowadzi do translokacji jądrowej tylko podjednostki wiążącej ligand, gdzie aktywuje ona transkrypcję genu CYP1A1 poprzez interakcję ze specyficznymi sekwencjami DNA określanymi jako elementy reagujące na ksenobiotyki (XREs). Hoffman i wsp. (1991) wyizolowali fragment sekwencji genomowej ARNT, poszukując ludzkich genów, które komplementarne są do mysich komórek hepatoma z defektem translokacji jądrowej receptora Ah. Używając częściowego fragmentu genomu, wyizolowali oni ARNT cDNA. Przewidywane 789-aminokwasowe białko zawiera motyw basic helix-loop-helix (bHLH), 2 regiony, które są podobne do białek rytmu okołodobowego Drosophila (Per) i single-minded (Sim) oraz region bogaty w cysteinę. ARNT jest wymagany dla funkcji receptora Ah. Analiza Northern blot wykazała, że ARNT ulega ekspresji w wątrobie jako mRNA o małej obfitości 2,6- i 4,2-kb. Autorzy wyizolowali dodatkowe cDNA ARNT pozbawione 45-nukleotydowego segmentu, co sugeruje, że transkrypty ARNT są alternatywnie splicowane.

Reisz-Porszasz i wsp. (1994) sklonowali cDNA kodujące mysiego homologa ARNT. Przewidywane 791-aminokwasowe białko jest w 94% identyczne z ludzkim ARNT. Autorzy zauważyli, że region wykazuj±cy homologię do białek Per i Sim Drosophila nazywany jest domen± PAS i zawiera 2 kopie około 50-aminokwasowego powtórzenia bezpo¶redniego. Domeny PAS białek Per i Sim pośredniczą w heterodimeryzacji między tymi 2 białkami.

Używając testu przesunięcia elektroforetycznego i przeciwciał przeciwko ARNT, Reyes i wsp. (1992) wykazali, że ARNT jest strukturalnym składnikiem formy wiążącej XRE receptora Ah. Stwierdzili oni, że 176-kD jądrowa forma receptora Ah jest heterodimerem składającym się z podjednostki wiążącej ligand (AHR) i 87-kD ARNT. Autorzy zasugerowali, że motyw bHLH ARNT jest odpowiedzialny za jego oddziaływanie zarówno z XRE, jak i z podjednostką wiążącą ligand.

Hypoxia-inducible factor-1 (HIF1) jest czynnikiem transkrypcyjnym występującym w komórkach ssaków hodowanych w warunkach obniżonego napięcia tlenowego, który odgrywa istotną rolę w komórkowej i ogólnoustrojowej odpowiedzi homeostatycznej na hipoksję. HIF1 jest heterodimerem składającym się z podjednostki HIF1-alfa o masie 120 kD (603348) skompleksowanej z podjednostką HIF1-beta o masie 91-94 kD. Wang et al. (1995) ustalili, że HIF1-beta jest identyczny z ARNT. Hogenesch i wsp. (1997) stwierdzili, że AHR, HIF1-alfa i MOP2 (603349) mają różne profile ekspresji, ale wszystkie dzielą ARNT jako wspólnego partnera dimerycznego.

Reisz-Porszasz i wsp. (1994) donieśli, że mysi Arnt nie może tworzyć homodimerów, ale może heterodimeryzować wydajnie z mysim Ahr in vitro. Badania mutantów delecyjnych Arnt wykazały, że zarówno domena bHLH jak i PAS są wymagane do maksymalnej heterodimeryzacji. Białko Arnt zawierające tylko domeny bHLH i PAS jest tylko umiarkowanie zmniejszone w swojej zdolności do dopełniania komórek mutantów z niedoborem Arnt.

Heterodimer AHR i ARNT, które są czynnikami transkrypcyjnymi z rodziny basic helix-loop-helix/PAS, pośredniczy w większości toksycznych efektów dioksyn. Ohtake i wsp. (2003) wykazali, że aktywowany agonistą heterodimer AHR/ARNT bezpośrednio wiąże się z receptorami estrogenowymi ER-alfa (133430) i ER-beta (601663). Wykazali, że asocjacja ta powoduje rekrutację nieligandowanego receptora estrogenowego i koaktywatora p300 (602700) do promotorów genów reaguj±cych na estrogeny, prowadz±c do aktywacji transkrypcji i efektu estrogenowego. Stwierdzono, że funkcja zdigitalizowanego receptora estrogenowego jest osłabiona. Estrogenne działanie agonistów AHR zostało wykryte w macicach myszy wildtype ovariectomizowanych, ale było nieobecne u myszy Ahr -/- lub Er-alfa -/- ovariectomizowanych. Ohtake i wsp. (2003) stwierdzili, że ich odkrycia sugerują nowy mechanizm, w którym sygnalizacja estrogenowa za pośrednictwem receptora estrogenowego jest modulowana przez podobną do koregulatora funkcję aktywowanego AHR/ARNT, dając początek niekorzystnym, związanym z estrogenami działaniom zanieczyszczeń środowiskowych typu dioksyn.

Aby uzyskać wgląd w mechanizm sygnalizacji CD30 (153243) w chłoniaku anaplastycznym z dużych komórek i chłoniaku Hodgkina, Wright i Duckett (2009) zastosowali strategię oczyszczania powinowactwa, która doprowadziła do identyfikacji ARNT jako białka oddziałującego z CD30, które moduluje aktywność podjednostki RelB (604758) czynnika transkrypcyjnego czynnika jądrowego kappa-B (NFKB; patrz 164011). Komórki chłoniaka anaplastycznego wielkokomórkowego z niedoborem ARNT wykazywały defekty w rekrutacji RelB do promotorów reagujących na NFKB, podczas gdy rekrutacja RelA (164014) do tych samych miejsc była wzmocniona, co skutkowało zwiększoną ekspresją tych genów reagujących na NF-kappa-B. Wright i Duckett (2009) stwierdzili, że ARNT funkcjonuje w porozumieniu z RelB w mechanizmie ujemnego sprzężenia zwrotnego indukowanego przez CD30.

Struktura krystaliczna

Wu i wsp. (2015) opisali strukturę krystaliczną dla każdego z mysich heterodimerów Hif2-alfa (603349)-Arnt i Hif1-alfa (603348)-Arnt w stanach obejmujących związane małe cząsteczki i ich element odpowiedzi na hipoksję. Wysoce zintegrowana architektura czwartorzędowa jest wspólna dla Hif2-alfa-Arnt i Hif1-alfa-Arnt, gdzie Arnt spiralnie otacza zewnętrzną część każdej podjednostki Hif-alfa. Obserwuje się pięć odrębnych kieszeni umożliwiających wiązanie małych cząsteczek, w tym miejsca zamknięte w domenie PAS oraz zagłębienie międzyfazowe powstałe w wyniku heterodimeryzacji podjednostek. Głowica czytająca DNA obraca się, rozciąga i współpracuje z dystalną domeną PAS w celu wiązania elementów odpowiedzi na hipoksję. Mutacje HIF-alfa związane z ludzkimi nowotworami mapują do wrażliwych miejsc, które ustanawiają wiązanie DNA i stabilność domen PAS i kieszeni.

Scheel i Schrenk (2000) ustalili, że gen ARNT zawiera 22 eksony, różniące się wielkością od 25 do 214 bp, i rozciąga się na 65 kb. Połączenia splicingowe są zgodne z konsensusem GT/AG, z wyjątkiem intronu 11 rozpoczynającego się od GC na jego 5-pierwszym końcu.

Poprzez badanie hybryd komórek somatycznych, Brooks et al. (1989) zlokalizowali gen ARNT do 1pter-q12 i zmapowali homolog myszy do chromosomu 3. Johnson i wsp. (1993) zlokalizowali gen ARNT do 1q21 poprzez badanie DNA z mysio-ludzkich klonów hybrydowych, które zachowały translokacje obejmujące ludzki chromosom 1, poprzez analizę segregacji w 9 informatywnych rodzinach CEPH oraz poprzez hybrydyzację in situ. Zmapowali oni mysi homolog do chromosomu 3 przy użyciu panelu 16 hybryd komórek somatycznych chomika z myszą i regionalnie zmapowali go na chromosomie 3 poprzez analizę powiązań w międzygatunkowym backcrossie.

Gen TEL/ETV6 (600618) jest zlokalizowany na 12p13 i koduje członka rodziny ETS czynników transkrypcyjnych. TEL jest często zaangażowany w translokacje chromosomalne w ludzkich nowotworach złośliwych, zwykle prowadzące do ekspresji białek fuzyjnych pomiędzy amino-końcową częścią TEL a niepowiązanymi czynnikami transkrypcyjnymi lub białkowymi kinazami tyrozynowymi. Salomon-Nguyen i wsp. (2000) scharakteryzowali translokację t(1;12)(q21;p13) zaobserwowaną w przypadku ostrej białaczki szpikowej (AML-M2). Na poziomie białkowym ekspresji uległa nietranslokowana kopia TEL oraz, w wyniku translokacji t(1;12), białko fuzyjne pomiędzy TEL a zasadniczo całym genem ARNT. Udział ARNT w ludzkiej leukemogenezie nie był wcześniej opisywany.

Badając etiologię niesyndromowych rozszczepów jamy ustnej (OFC1; 119530), Kayano i wsp. (2004) ocenili, czy w japońskiej populacji takich rozszczepów istnieje jakakolwiek asocjacja z SNPs w genach AHR, CYP1A1 lub ARNT przy użyciu testu transmisji nierównowagi (TDT) i badania case-control. Produkty tych 3 genów biorą udział w metabolizmie 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioksyny (TCDD), która jest podejrzana, ponieważ podawana w okresie organogenezy u myszy powoduje wysoką częstość występowania rozszczepu podniebienia u płodów. Kayano i wsp. (2004) nie znaleźli dowodów na udział AHR lub CYP1A1 w powstawaniu rozszczepów, jednak specyficzne SNP w ARNT były związane z niesyndromowymi rozszczepami w badanej populacji japońskiej. Gdy uwzględniono haplotyp składający się z 567G/C i IVS12-19T/G w ARNT, zaobserwowano preferencyjne przekazywanie haplotypu CT (p = 0,0012). W badaniu case-control zaobserwowano istotny związek IVS12-19T/G (p = 0,021).