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Receptor nuclear

En el campo de la biología molecular, los receptores nucleares son una clase de proteínas que se encuentran en el interior de células responsables de detectar la presencia de hormonas esteroideas y tiroideas, además de otra serie de moléculas. Estos receptores trabajan en concreto con otras proteínas que regulan la expresión de genes específicos y, de ese modo, controlan en el organismo procesos de desarrollo, de homeostasis y del metabolismo.

Los receptores nucleares tienen la capacidad de unirse directamente al ADN y regular así la expresión de los genes adyacentes. De hecho, estos receptores son clasificados como factores de transcripción.[1][2]​ La regulación de la expresión génica mediada por receptores nucleares solo se produce cuando un ligando —una molécula que afecta de algún modo el comportamiento del receptor— está presente. Más específicamente, la unión de ligandos a los receptores nucleares genera un cambio conformacional en el receptor, el cual pasa a un estado activado que le permite alterar la expresión génica.

La única propiedad de los receptores nucleares que les permite diferenciarse de otras clases de receptores es su capacidad de interaccionar directamente con el ADN y controlar así la expresión génica. Por ello, los receptores nucleares juegan un papel crucial tanto en el desarrollo embrionario como en la homeostasis en el individuo adulto. Como se discutirá en detalle más abajo, los receptores nucleares podrían ser clasificados de acuerdo a su mecanismo de acción[3][4]​ o a su homología.[5][6]

Distribución

Los receptores nucleares son específicos de los metazoos (animales), no habiéndose encontrado en protozoos, algas, hongos o plantas.[7]​ Entre las especies animales, no han sido encontrados en esponjas, pero sí en cnidarios y en otros animales superiores.[7]​ Se han descrito unos 270 receptores nucleares solo en la especie Caenorhabditis elegans.[8]​ En humanos, ratón y rata se han encontrado 48, 49 y 47 receptores nucleares, respectivamente.[9]

Ligandos

 
Estructura de algunos de los ligandos de receptores nucleares endógenos con el nombre del receptor al que se une cada uno de ellos.

Los ligandos que se unen y activan receptores nucleares incluyen sustancias lipofílicas tales como hormonas endógenas, vitamina A, vitamina D y perturbadores endocrinos xenobióticos. Debido a que los receptores nucleares regulan la expresión de un gran número de genes, los ligandos que activan estos receptores pueden tener efectos drásticos en el organismo. Muchos de estos genes regulados están asociados con diversas enfermedades, lo que explica por qué las dianas moleculares de aproximadamente el 13% de los fármacos aprobados por la FDA (Administración de Alimentos y Medicamentos) son receptores nucleares.[10]

Cierto número de receptores nucleares se denominan «receptores huérfanos»,[11]​ ya que no se conocen ligandos endógenos que se les unan. Algunos de estos receptores, como FXR, LXR y PPAR, se unen a determinados intermediarios metabólicos tales como ácidos grasos, ácidos biliares y/o esteroles, con muy baja afinidad. Se piensa que estos receptores podrían ejercer su función como sensores metabólicos. Otros receptores nucleares, tales como CAR y PXR parecen funcionar como sensores de xenobióticos que activan la expresión de las enzimas del citocromo P450 implicadas en el metabolismo de dichos xenobióticos.[12]

Estructura

 
Organización estructural de los receptores nucleares
Arriba – Esquema de la secuencia de aminoácidos de un receptor nuclear.
Abajo – Estructura 3D de las regiones DBD (de unión a ADN) y LBD (de unión a ligando) de un receptor nuclear. Las estructuras mostradas corresponden al receptor de estrógeno. Las estructuras del dominio N-terminal (A/B), de la región bisagra (D) y del dominio C-terminal (F) aún no han sido determinadas, por lo que han sido representadas con líneas punteadas de color rojo, morado y naranja, respectivamente.

Los receptores nucleares presentan una estructura modular y contienen los siguientes dominios:[13][14]

Receptor nuclear
Identificadores
Símbolo zf-C4
Pfam PF00105
InterPro IPR001628
PROSITE PDOC00031
SCOP 1hra
Receptor nuclear
Identificadores
Símbolo Hormone_recep
Pfam PF00104
InterPro IPR000536
SCOP 1lbd
  • A-B) Dominio regulador N-terminal: contiene la función de activación 1 (AF-1), cuya acción es independiente de la presencia de ligando.[15]​ La activación transcripcional de AF-1 suele ser muy débil, pero presenta un efecto sinérgico con AF-2 en el dominio LBD (ver a continuación) que da lugar a una regulación de la expresión génica mucho más fuerte. El dominio A-B es muy variable a nivel de secuencia entre los distintos receptores nucleares.
  • C) Dominio de unión a ADN (DBD): dominio muy conservado que contiene dos dedos de zinc los cuales unen específicamente una secuencia del ADN denominada elemento de respuesta a hormonas (HRE).
  • D) Región bisagra: región estructural que muestra una gran flexibilidad y conecta los dominios DBD y LBD. Tiene un importante papel en el tráfico celular y en la distribución subcelular.
  • E) Dominio de unión a ligando (LBD): este dominio se encuentra moderadamente conservado a nivel de secuencia y muy conservado a nivel de estructura entre los distintos receptores nucleares. La estructura terciaria del dominio LBD suele ser referido como un motivo sandwich de hélices alfa en el cual se disponen tres hélices alfa antiparalelas (el relleno del sandwich) flanqueadas por dos hélices alfa en uno de los laterales y otras tres hélices alfa en el otro lateral (el pan del sandwich). El surco de unión a ligando se encuentra en el interior del dominio LBD, justo debajo de las tres hélices antiparalelas del sandwich. Junto con el dominio DBD, LBD contribuye a la dimerización del receptor nuclear y, además, es capaz de unir coactivadores y correpresores. El dominio LBD también contiene la función de activación 2 (AF-2), cuya acción es dependiente de la presencia de ligando unido.[15]
  • F) Dominio C-terminal: este dominio muestra variabilidad entre los distintos receptores nucleares.

Mecanismo de acción

 
Mecanismo de acción de los receptores nucleares (Clase I). Esta figura describe el mecanismo del receptor nuclear (RN) de clase I el cual, en ausencia de ligando, se localiza en el citoplasma. La teoría clásica indica que la unión de la hormona al RN produce la disociación de las proteínas de choque térmico (HSP), la dimerización y la traslocación al núcleo donde el RN se unirá a una secuencia específica del ADN conocida como elemento de respuesta a hormonas (HRE). Sin embargo, evidencias más recientes demostraron que las HSP deben permanecer asociadas para el retrotransporte mediado por el complejo de proteínas motoras dineína/dinactina, produciéndose la disociación en el nucleoplasma . El complejo RN-ADN presenta la capacidad de reclutar otras proteínas implicadas en la transcripción de los genes diana, que expresarán proteínas que darán lugar a cambios en la función celular.
 
Mecanismo de acción de los receptores nucleares (Clase II). Esta figura describe el mecanismo de los receptores nucleares tipo II, a pesar de que el estatus de unión del ligando se sitúa en el núcleo unido al ADN. Para el propósito de la ilustración, el receptor nuclear mostrado aquí es el receptor de hormona tiroidea (TR) formando un heterodímero con el receptor X retinoide. En ausencia de ligando, TR se encuentra unido a la proteína correpresora. Cuando el ligando está unido a TR, se produce la disociación del correpresor y el reclutamiento de la proteína coactivadora, que recluta proteínas adicionales como la ARN polimerasa, implicadas en la transcripción de los genes diana y su traducción a proteínas que resultará en un cambio de la función celular.

Los receptores nucleares (RNs) podrían ser clasificados con base en dos criterios distintos: según su mecanismo de acción o según su localización subcelular en ausencia de ligando.

Las sustancias pequeñas lipofílicas tales como hormonas naturales, difunden a través de la membrana celular y se unen a los receptores nucleares localizados en el citoplasma (RN tipo I) o en el núcleo (RN tipo II) de la célula. Esto produce un cambio en la conformación del receptor que, dependiendo de la clase de mecanismo subyacente (tipo I ó II), pone en funcionamiento un cierto número de eventos que finalmente darán lugar a la activación o represión de la expresión génica.

De este modo, los RNs podrían ser clasificados según estas cuatro clases de mecanismos:[3][4]

Tipo I

La unión del ligando a los RNs de tipo I en el citosol da lugar a la disociación de las proteínas de choque térmico, las que son requeridas para el retrotransporte del receptor en el citoplasma y el pasaje a través del poro nuclear.[16][17][18]​ Una vez en el nucleoplasma, ocurre la disociación del complejo (o "transformación"), la homodimerización del receptor, y la unión a una secuencia específica de ADN conocida con el nombre de elemento de respuesta a hormonas (HREs). Estas secuencias HREs consisten en dos repeticiones invertidas separadas por una secuencia de ADN de longitud variable.

Entre los RNs de tipo I se incluyen miembros de la subfamilia 3, tales como el receptor androgénico, el receptor de estrógenos, el receptor de glucocorticoides y el receptor de progesterona.[19]

El complejo RN/ADN, una vez formado, reclutará otra serie de proteínas implicadas en la transcripción de los genes diana y su traducción a proteínas que resultará en un cambio de la función celular.

Tipo II

Los RNs de tipo II, al contrario de lo que sucede con los de tipo I, se mantienen en el núcleo independientemente de si su correspondiente ligando está o no unido, y se unen al ADN en forma de heterodímeros (normalmente, formando un complejo con el receptor X retinoide). En ausencia de ligando, los RNs de tipo II forman un complejo con proteínas correpresoras. Cuando el ligando está unido a TR, se produce la disociación del correpresor y el reclutamiento de proteínas coactivadoras, que recluta a su vez proteínas adicionales como la ARN polimerasa, implicadas en la transcripción de los genes diana.

Entre los RNs de tipo II se incluyen miembros de la subfamilia 1, tales como el receptor de ácido retinoico, el receptor X retinoide y el receptor de hormona tiroidea.[20]

Tipo III

Los RNs de tipo III, que incluye principalmente RNs de la subfamilia 2, son similares a los RNs de tipo I en cuanto a que ambos tipos se unen al ADN en forma de homodímeros. Sin embargo, RNs de tipo III, al contrario de lo que sucede con los de tipo I, se unen a repeticiones directas, en lugar de repeticiones invertidas, de los HREs en el ADN.

Los RNs de tipo III son receptores huérfanos, ya que sus ligandos aún son desconocidos.[21]

Tipo IV

Los RNs de tipo IV se unen al ADN en forma tanto de monómeros como de dímeros, pero solo uno de los dominios de unión a ADN del receptor se une a la mitad de la secuencia del HRE. Los RNs de tipo IV incluyen miembros de la mayoría de subfamilias de RNs.

Proteínas correguladoras

Los receptores nucleares unidos al elemento de respuesta a hormonas reclutan un significativo número de proteínas adicionales (referidas como correguladores transcripcionales), que facilitan o inhiben la transcripción de los genes diana.[22][23]​ Las funciones de estos correguladores son variadas e incluyen mecanismos que implican la remodelación de la cromatina (permitiendo una mayor o menor accesibilidad de la maquinaria transcripcional a los genes diana) o la estabilización de la unión de otras proteínas correguladoras.

Coactivadores

La unión de ligandos agonistas a los receptores nucleares induce un cambio conformacional del receptor que implica un incremento de la afinidad de unión por proteínas coactivadoras. Estas proteínas suelen poseer actividad histona acetiltransferasa (HAT), que debilita la asociación de las histonas al ADN, y de este modo, facilita la transcripción de los genes diana.

Correpresores

Por el contrario, la unión de ligandos antagonistas a los receptores nucleares induce un cambio conformacional del receptor que implica un incremento de la afinidad de unión por proteínas correpresoras. Estas proteínas reclutan enzimas con actividad histona deacetilasa (HDAC), que incrementa la afinidad de las histonas por el ADN, y de este modo, reprime la transcripción de los genes diana.

Agonismo frente a antagonismo

 
Base estructural del mecanismo de acción de agonistas y antagonistas sobre los receptores nucleares.[24]​ Las estructuras mostradas en la figura corresponden al dominio de unión a ligando (LBD) del receptor de estrógenos (diagrama de cintas verdes) formando un complejo con el agonista dietilestilbestrol (arriba, PDB 3ERD ) o con el antagonista 4-hidroxitamoxifeno (abajo, PDB 3ERT ). Los ligandos son representados mediante esferas sólidas (blanco = carbono, rojo = oxígeno). Cuando un agonista se une a un receptor nuclear, la hélice alfa c-terminal del dominio LDB (H12, azul brillante) se sitúa de tal modo que el coactivador (rojo) puede unirse a la superficie del dominio. En la figura se muestra únicamente una pequeña parte de la proteína coactivadora, concretamente, la región denominada caja NR, que contiene la secuencia de aminoácidos LXXLL.α[25]​ Los antagonistas ocupan el mismo surco de unión a ligando de los receptores nucleares. Sin embargo, los ligandos antagonistas poseen una cadena lateral que desplaza por un efecto estérico la hélice alfa H12, y así poder ocupar la misma posición en el espacio que un coactivador unido. Por ello, en esta conformación, la unión de los coactivadores al dominio LBD queda bloqueada.

Dependiendo del receptor implicado, de la estructura química del ligando y del tejido que se vea afectado, los ligandos de receptores nucleares pueden generar gran diversidad de efectos en un rango muy amplio desde el agonismo al antagonismo.[26]

Agonistas

Cuando los ligandos endógenos (tales como hormonas del tipo del estradiol y la testosterona) se unen a sus correspondientes receptores nucleares suele ser para activar de algún modo la expresión génica, lo cual es referido como respuesta agonista. Los efectos agonistas de las hormonas endógenas también pueden ser mimetizados por ciertos ligandos sintéticos, como por ejemplo la dexametasona, un fármaco antiinflamatorio que se une al receptor de glucocorticoides. Los ligandos agonistas actúan mediante la inducción de un cambio conformacional en el receptor, que favorece la unión del coactivador (véase la imagen superior de la figura de la derecha).

Antagonistas

Al contrario de lo observado con la dexametasona, existen otros ligandos sintéticos de receptores nucleares que no poseen aparentemente ningún efecto en la transcripción genética en ausencia de ligandos endógenos. Sin embargo, sí son capaces de bloquear el efecto del agonista estableciendo una competición por el mismo sitio de unión del receptor nuclear. Estos ligandos son referidos como antagonistas. Un ejemplo clásico de fármaco antagonista es la mifepristona, que se une a los receptores de glucocorticoides y progesterona bloqueando la actividad de las correspondientes hormonas endógenas, cortisol y progesterona, respectivamente. Los ligandos antagonistas actúan mediante la inducción de un cambio conformacional en el receptor, que impide la unión del coactivador y favorece la unión del correpresor (véase la imagen inferior de la figura de la derecha).

Agonistas inversos

Finalmente, se han descrito algunos receptores nucleares que promueven un bajo nivel de transcripción en ausencia de agonistas (también referidos como actividad basal o constitutiva). Los ligandos sintéticos que reducen este nivel basal de actividad en los receptores nucleares son conocidos como agonistas inversos.[27]

Moduladores selectivos de receptor

Existen un cierto número de fármacos que, actuando a través de receptores nucleares, presentan una respuesta agonista en algunos tejidos y una respuesta antagonista en otros. Este comportamiento puede ser muy útil ya que permite mantener el efecto terapéutico beneficioso y deseado de un fármaco minimizando los efectos secundarios adversos. Los fármacos que poseen este perfil mixto agonista/antegonista son denominados moduladores selectivos de receptor (SRMs). Como ejemplos cabe destacar el modulador selectivo de los receptores estrogénicos (SERMs) y el modulador selectivo de los receptores de progesterona (SPRMs). El mecanismo de acción de los SRMs puede variar dependiendo de la estructura química del ligando y del receptor implicado, pero parece ser que muchos SRMs actúan promoviendo en el receptor un cambio conformacional intermedio entre el agonismo y el antagonismo. En aquellos tejidos donde la concentración de coactivador es más elevada que la de correpresor, el equilibrio virará hacia el agonismo. Por el contrario, si la concentración de correpresor es más elevada, el ligando se comportará como un antagonista.[28]

Mecanismos alternativos

Transactivación y transrepresión

El mecanismo de acción más común de los receptores nucleares implica la unión directa del receptor nuclear al elemento de respuesta a hormonas. Este mecanismo es referido como transactivación. Sin embargo, algunos receptores nucleares no solo tienen la capacidad de unirse directamente al ADN, sino también a otros factores de transcripción. Esta unión suele dar lugar a la desactivación del segundo factor de transcripción en un proceso denominado transrepresión.[29]

No genómicos

Los efectos directos clásicos de los receptores nucleares en la regulación génica pueden tardar horas antes de que puedan hacerse visibles en las células, lo cual se debe al elevado número de pasos intermedios entre la activación del receptor nuclear y las variaciones en los niveles de expresión de las proteínas implicadas. No obstante, se ha observado que algunos efectos hormonales como el del estrógeno se producen en minutos tras su aplicación, lo cual no concuerda con el mecanismo de acción clásico de los receptores nucleares expuesto anteriormente. Mientras que la diana molecular de estos efectos no genómicos de los receptores nucleares aún no se ha demostrado categóricamente, se ha hipotetizado la existencia de variantes de receptores nucleares que se encuentran asociados a membrana, en lugar de localizarse en el núcleo o en el citoplasma. Además, estos receptores asociados a membrana actúan por medio de mecanismos alternativos de transducción de señales que no implican fenómenos de regulación génica.[30][31]

Familias de receptores nucleares

A continuación se muestra una lista con los 48 receptores nucleares humanos conocidos hasta ahora,[32]​ categorizados de acuerdo a la homología de secuencia.[5][6]​ La nomenclatura utilizada ha sido la siguiente:

Subfamilia: nombre
Grupo: nombre (ligando endógeno si es común al grupo entero)
Miembro: nombre (abreviatura; Símbolo NRNC,[5]​ gen) (ligando endógeno)
 
Árbol filogenético de los receptores nucleares.

Subfamilia 1: Receptores semejantes a los receptores de hormonas tiroideas

  • Grupo A: Receptor de hormona tiroidea (Hormona tiroidea)
    • 1: Receptor de hormona tiroidea-α (TRα; NR1A1, HGNC THRA )
    • 2: Receptor de hormona tiroidea-β (TRβ; NR1A2, HGNC THRB )
  • Grupo B: Receptor de ácido retinoico (Vitamina A y compuestos relacionados)
    • 1: Receptor de ácido retinoico-α (RARα; NR1B1, HGNC RARA )
    • 2: Receptor de ácido retinoico-β (RARβ; NR1B2, HGNC RARB )
    • 3: Receptor de ácido retinoico-γ (RARγ; NR1B3, HGNC RARG )
  • Grupo C: Receptor activado por proliferadores de peroxisomas (ácidos grasos, prostaglandinas)
    • 1: Receptor activado por proliferadores de peroxisomas-α (PPARα; NR1C1, HGNC PPARA )
    • 2: Receptor activado por proliferadores de peroxisomas-β/δ (PPARβ/δ; NR1C2, HGNC PPARD )
    • 3: Receptor activado por proliferadores de peroxisomas-γ (PPARγ; NR1C3, HGNC PPARG )
  • Grupo D: Rev-ErbA (hemo)
    • 1: Rev-ErbAα (Rev-ErbAα; HGNC NR1D1 )
    • 2: Rev-ErbAβ (Rev-ErbAβ; HGNC NR1D2 )
  • Grupo F: Receptor huérfano asociado a RAR (colesterol, ATRA)
    • 1: Receptor huérfano asociado a RAR-α (RORα; NR1F1, HGNC RORA )
    • 2: Receptor huérfano asociado a RAR-β (RORβ; NR1F2, HGNC RORB )
    • 3: Receptor huérfano asociado a RAR-γ (RORγ; NR1F3, HGNC RORC )
  • Grupo H: Receptor X hepático (oxiesterol)
    • 3: Receptor X hepático-α (LXRα; HGNC NR1H3 )
    • 2: Receptor X hepático-β (LXRβ; HGNC NR1H2 )
    • 4: Receptor X farnesoide (FXR; HGNC NR1H4 )
  • Grupo I: Receptores de vitamina D

Subfamilia 2: Receptores semejantes a los receptores X retinoides

  • Grupo A: Factor nuclear de hepatocito 4 (HNF4) (ácidos grasos)
    • 1: Factor nuclear de hepatocito 4-α (HNF4α; NR2A1, HGNC HNF4A )
    • 2: Factor nuclear de hepatocito 4-γ (HNF4γ; NR2A2, HGNC HNF4G )
  • Grupo B: Receptor X retinoide (RXR) (retinoides)
    • 1: Receptor X retinoide-α (RXRα; NR2B1, HGNC RXRA )
    • 2: Receptor X retinoide-β (RXRβ; NR2B2, HGNC RXRB )
    • 3: Receptor X retinoide-γ (RXRγ; NR2B3, HGNC RXRG )
  • Grupo C: Receptor testicular
    • 1: Receptor testicular 2 (TR2; HGNC NR2C1 )
    • 2: Receptor testicular 4 (TR4; HGNC NR2C2 )
  • Grupo E: TLX/PNR
    • 1: Homólogo humano del gen tailless de Drosophila (TLX; HGNC NR2E1 )
    • 3: Receptor nuclear específico de fotorreceptor (PNR; HGNC NR2E3 )
  • Grupo F: COUP/EAR
    • 1: Factor de transcripción del promotor de la ovoalbúmina de pollo I (COUP-TFI; HGNC NR2F1 )
    • 2: Factor de transcripción del promotor de la ovoalbúmina de pollo II (COUP-TFII; HGNC NR2F2 )
    • 6: Gen asociado a V-erbA (EAR-2; HGNC NR2F6 )

Subfamilia 3: Receptores semejantes a los receptores de estrógenos

Subfamilia 4: Receptores semejantes a los factores de crecimiento nervioso IB

  • Grupo A: NGFIB/NURR1/NOR1
    • 1: Factor de crecimiento nervioso IB (NGFIB; HGNC NR4A1 )
    • 2: Receptor nuclear asociado 1 (NURR1; HGNC NR4A2 )
    • 3: Receptor nuclear huérfano derivado de neuronas 1 (NOR1; HGNC NR4A3 )

Subfamilia 5: Receptores semejantes a los factores esteroidogénicos

  • Grupo A: SF1/LRH1
    • 1: Factor esteroidogénico 1 (SF1; HGNC NR5A1 ) (fosfolípidos)
    • 2: Receptor homólogo hepático 1 (LRH-1; HGNC NR5A2 )

Subfamilia 6: Receptores semejantes a los factores nucleares de células germinativas

  • Grupo A: GCNF
    • 1: Factor nuclear de células germinativas (GCNF; HGNC NR6A1 )

Subfamilia 0: Miscelánea

  • Grupo B: DAX/SHP
    • 1: Hipogonadismo sensible a dosis, región crítica de la hipoplasia adrenal, en cromosoma X, gen 1 (DAX1, HGNC NR0B1 )
    • 2: Proteína heterodimérica pequeña (Shp; HGNC NR0B2 )
  • Grupo C: Receptores nucleares con dos dominios de unión a ADN (2DBD-NR) (Una nueva subfamilia)[33][34]

Historia

A continuación, se muestra una breve cronología de los eventos más notables en la historia de la investigación de los receptores nucleares:[35]

Véase también

Notas

  • α: L = residuo de leucina; X = residuo indistinto.

Referencias

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Enlaces externos

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  •   Datos: Q422500

receptor, nuclear, campo, biología, molecular, receptores, nucleares, clase, proteínas, encuentran, interior, células, responsables, detectar, presencia, hormonas, esteroideas, tiroideas, además, otra, serie, moléculas, estos, receptores, trabajan, concreto, o. En el campo de la biologia molecular los receptores nucleares son una clase de proteinas que se encuentran en el interior de celulas responsables de detectar la presencia de hormonas esteroideas y tiroideas ademas de otra serie de moleculas Estos receptores trabajan en concreto con otras proteinas que regulan la expresion de genes especificos y de ese modo controlan en el organismo procesos de desarrollo de homeostasis y del metabolismo Los receptores nucleares tienen la capacidad de unirse directamente al ADN y regular asi la expresion de los genes adyacentes De hecho estos receptores son clasificados como factores de transcripcion 1 2 La regulacion de la expresion genica mediada por receptores nucleares solo se produce cuando un ligando una molecula que afecta de algun modo el comportamiento del receptor esta presente Mas especificamente la union de ligandos a los receptores nucleares genera un cambio conformacional en el receptor el cual pasa a un estado activado que le permite alterar la expresion genica La unica propiedad de los receptores nucleares que les permite diferenciarse de otras clases de receptores es su capacidad de interaccionar directamente con el ADN y controlar asi la expresion genica Por ello los receptores nucleares juegan un papel crucial tanto en el desarrollo embrionario como en la homeostasis en el individuo adulto Como se discutira en detalle mas abajo los receptores nucleares podrian ser clasificados de acuerdo a su mecanismo de accion 3 4 o a su homologia 5 6 Indice 1 Distribucion 2 Ligandos 3 Estructura 4 Mecanismo de accion 4 1 Tipo I 4 2 Tipo II 4 3 Tipo III 4 4 Tipo IV 5 Proteinas correguladoras 5 1 Coactivadores 5 2 Correpresores 6 Agonismo frente a antagonismo 6 1 Agonistas 6 2 Antagonistas 6 3 Agonistas inversos 6 4 Moduladores selectivos de receptor 7 Mecanismos alternativos 7 1 Transactivacion y transrepresion 7 2 No genomicos 8 Familias de receptores nucleares 8 1 Subfamilia 1 Receptores semejantes a los receptores de hormonas tiroideas 8 2 Subfamilia 2 Receptores semejantes a los receptores X retinoides 8 3 Subfamilia 3 Receptores semejantes a los receptores de estrogenos 8 4 Subfamilia 4 Receptores semejantes a los factores de crecimiento nervioso IB 8 5 Subfamilia 5 Receptores semejantes a los factores esteroidogenicos 8 6 Subfamilia 6 Receptores semejantes a los factores nucleares de celulas germinativas 8 7 Subfamilia 0 Miscelanea 9 Historia 10 Vease tambien 11 Notas 12 Referencias 13 Enlaces externosDistribucion EditarLos receptores nucleares son especificos de los metazoos animales no habiendose encontrado en protozoos algas hongos o plantas 7 Entre las especies animales no han sido encontrados en esponjas pero si en cnidarios y en otros animales superiores 7 Se han descrito unos 270 receptores nucleares solo en la especie Caenorhabditis elegans 8 En humanos raton y rata se han encontrado 48 49 y 47 receptores nucleares respectivamente 9 Ligandos Editar Estructura de algunos de los ligandos de receptores nucleares endogenos con el nombre del receptor al que se une cada uno de ellos Los ligandos que se unen y activan receptores nucleares incluyen sustancias lipofilicas tales como hormonas endogenas vitamina A vitamina D y perturbadores endocrinos xenobioticos Debido a que los receptores nucleares regulan la expresion de un gran numero de genes los ligandos que activan estos receptores pueden tener efectos drasticos en el organismo Muchos de estos genes regulados estan asociados con diversas enfermedades lo que explica por que las dianas moleculares de aproximadamente el 13 de los farmacos aprobados por la FDA Administracion de Alimentos y Medicamentos son receptores nucleares 10 Cierto numero de receptores nucleares se denominan receptores huerfanos 11 ya que no se conocen ligandos endogenos que se les unan Algunos de estos receptores como FXR LXR y PPAR se unen a determinados intermediarios metabolicos tales como acidos grasos acidos biliares y o esteroles con muy baja afinidad Se piensa que estos receptores podrian ejercer su funcion como sensores metabolicos Otros receptores nucleares tales como CAR y PXR parecen funcionar como sensores de xenobioticos que activan la expresion de las enzimas del citocromo P450 implicadas en el metabolismo de dichos xenobioticos 12 Estructura Editar Organizacion estructural de los receptores nuclearesArriba Esquema de la secuencia de aminoacidos de un receptor nuclear Abajo Estructura 3D de las regiones DBD de union a ADN y LBD de union a ligando de un receptor nuclear Las estructuras mostradas corresponden al receptor de estrogeno Las estructuras del dominio N terminal A B de la region bisagra D y del dominio C terminal F aun no han sido determinadas por lo que han sido representadas con lineas punteadas de color rojo morado y naranja respectivamente Los receptores nucleares presentan una estructura modular y contienen los siguientes dominios 13 14 Receptor nuclearIdentificadoresSimbolozf C4PfamPF00105InterProIPR001628PROSITEPDOC00031SCOP1hra editar datos en Wikidata Receptor nuclearIdentificadoresSimboloHormone recepPfamPF00104InterProIPR000536SCOP1lbd editar datos en Wikidata A B Dominio regulador N terminal contiene la funcion de activacion 1 AF 1 cuya accion es independiente de la presencia de ligando 15 La activacion transcripcional de AF 1 suele ser muy debil pero presenta un efecto sinergico con AF 2 en el dominio LBD ver a continuacion que da lugar a una regulacion de la expresion genica mucho mas fuerte El dominio A B es muy variable a nivel de secuencia entre los distintos receptores nucleares C Dominio de union a ADN DBD dominio muy conservado que contiene dos dedos de zinc los cuales unen especificamente una secuencia del ADN denominada elemento de respuesta a hormonas HRE D Region bisagra region estructural que muestra una gran flexibilidad y conecta los dominios DBD y LBD Tiene un importante papel en el trafico celular y en la distribucion subcelular E Dominio de union a ligando LBD este dominio se encuentra moderadamente conservado a nivel de secuencia y muy conservado a nivel de estructura entre los distintos receptores nucleares La estructura terciaria del dominio LBD suele ser referido como un motivo sandwich de helices alfa en el cual se disponen tres helices alfa antiparalelas el relleno del sandwich flanqueadas por dos helices alfa en uno de los laterales y otras tres helices alfa en el otro lateral el pan del sandwich El surco de union a ligando se encuentra en el interior del dominio LBD justo debajo de las tres helices antiparalelas del sandwich Junto con el dominio DBD LBD contribuye a la dimerizacion del receptor nuclear y ademas es capaz de unir coactivadores y correpresores El dominio LBD tambien contiene la funcion de activacion 2 AF 2 cuya accion es dependiente de la presencia de ligando unido 15 F Dominio C terminal este dominio muestra variabilidad entre los distintos receptores nucleares Mecanismo de accion Editar Mecanismo de accion de los receptores nucleares Clase I Esta figura describe el mecanismo del receptor nuclear RN de clase I el cual en ausencia de ligando se localiza en el citoplasma La teoria clasica indica que la union de la hormona al RN produce la disociacion de las proteinas de choque termico HSP la dimerizacion y la traslocacion al nucleo donde el RN se unira a una secuencia especifica del ADN conocida como elemento de respuesta a hormonas HRE Sin embargo evidencias mas recientes demostraron que las HSP deben permanecer asociadas para el retrotransporte mediado por el complejo de proteinas motoras dineina dinactina produciendose la disociacion en el nucleoplasma El complejo RN ADN presenta la capacidad de reclutar otras proteinas implicadas en la transcripcion de los genes diana que expresaran proteinas que daran lugar a cambios en la funcion celular Mecanismo de accion de los receptores nucleares Clase II Esta figura describe el mecanismo de los receptores nucleares tipo II a pesar de que el estatus de union del ligando se situa en el nucleo unido al ADN Para el proposito de la ilustracion el receptor nuclear mostrado aqui es el receptor de hormona tiroidea TR formando un heterodimero con el receptor X retinoide En ausencia de ligando TR se encuentra unido a la proteina correpresora Cuando el ligando esta unido a TR se produce la disociacion del correpresor y el reclutamiento de la proteina coactivadora que recluta proteinas adicionales como la ARN polimerasa implicadas en la transcripcion de los genes diana y su traduccion a proteinas que resultara en un cambio de la funcion celular Los receptores nucleares RNs podrian ser clasificados con base en dos criterios distintos segun su mecanismo de accion o segun su localizacion subcelular en ausencia de ligando Las sustancias pequenas lipofilicas tales como hormonas naturales difunden a traves de la membrana celular y se unen a los receptores nucleares localizados en el citoplasma RN tipo I o en el nucleo RN tipo II de la celula Esto produce un cambio en la conformacion del receptor que dependiendo de la clase de mecanismo subyacente tipo I o II pone en funcionamiento un cierto numero de eventos que finalmente daran lugar a la activacion o represion de la expresion genica De este modo los RNs podrian ser clasificados segun estas cuatro clases de mecanismos 3 4 Tipo I Editar La union del ligando a los RNs de tipo I en el citosol da lugar a la disociacion de las proteinas de choque termico las que son requeridas para el retrotransporte del receptor en el citoplasma y el pasaje a traves del poro nuclear 16 17 18 Una vez en el nucleoplasma ocurre la disociacion del complejo o transformacion la homodimerizacion del receptor y la union a una secuencia especifica de ADN conocida con el nombre de elemento de respuesta a hormonas HREs Estas secuencias HREs consisten en dos repeticiones invertidas separadas por una secuencia de ADN de longitud variable Entre los RNs de tipo I se incluyen miembros de la subfamilia 3 tales como el receptor androgenico el receptor de estrogenos el receptor de glucocorticoides y el receptor de progesterona 19 El complejo RN ADN una vez formado reclutara otra serie de proteinas implicadas en la transcripcion de los genes diana y su traduccion a proteinas que resultara en un cambio de la funcion celular Tipo II Editar Los RNs de tipo II al contrario de lo que sucede con los de tipo I se mantienen en el nucleo independientemente de si su correspondiente ligando esta o no unido y se unen al ADN en forma de heterodimeros normalmente formando un complejo con el receptor X retinoide En ausencia de ligando los RNs de tipo II forman un complejo con proteinas correpresoras Cuando el ligando esta unido a TR se produce la disociacion del correpresor y el reclutamiento de proteinas coactivadoras que recluta a su vez proteinas adicionales como la ARN polimerasa implicadas en la transcripcion de los genes diana Entre los RNs de tipo II se incluyen miembros de la subfamilia 1 tales como el receptor de acido retinoico el receptor X retinoide y el receptor de hormona tiroidea 20 Tipo III Editar Los RNs de tipo III que incluye principalmente RNs de la subfamilia 2 son similares a los RNs de tipo I en cuanto a que ambos tipos se unen al ADN en forma de homodimeros Sin embargo RNs de tipo III al contrario de lo que sucede con los de tipo I se unen a repeticiones directas en lugar de repeticiones invertidas de los HREs en el ADN Los RNs de tipo III son receptores huerfanos ya que sus ligandos aun son desconocidos 21 Tipo IV Editar Los RNs de tipo IV se unen al ADN en forma tanto de monomeros como de dimeros pero solo uno de los dominios de union a ADN del receptor se une a la mitad de la secuencia del HRE Los RNs de tipo IV incluyen miembros de la mayoria de subfamilias de RNs Proteinas correguladoras EditarLos receptores nucleares unidos al elemento de respuesta a hormonas reclutan un significativo numero de proteinas adicionales referidas como correguladores transcripcionales que facilitan o inhiben la transcripcion de los genes diana 22 23 Las funciones de estos correguladores son variadas e incluyen mecanismos que implican la remodelacion de la cromatina permitiendo una mayor o menor accesibilidad de la maquinaria transcripcional a los genes diana o la estabilizacion de la union de otras proteinas correguladoras Coactivadores Editar La union de ligandos agonistas a los receptores nucleares induce un cambio conformacional del receptor que implica un incremento de la afinidad de union por proteinas coactivadoras Estas proteinas suelen poseer actividad histona acetiltransferasa HAT que debilita la asociacion de las histonas al ADN y de este modo facilita la transcripcion de los genes diana Correpresores Editar Por el contrario la union de ligandos antagonistas a los receptores nucleares induce un cambio conformacional del receptor que implica un incremento de la afinidad de union por proteinas correpresoras Estas proteinas reclutan enzimas con actividad histona deacetilasa HDAC que incrementa la afinidad de las histonas por el ADN y de este modo reprime la transcripcion de los genes diana Agonismo frente a antagonismo Editar Base estructural del mecanismo de accion de agonistas y antagonistas sobre los receptores nucleares 24 Las estructuras mostradas en la figura corresponden al dominio de union a ligando LBD del receptor de estrogenos diagrama de cintas verdes formando un complejo con el agonista dietilestilbestrol arriba PDB 3ERD o con el antagonista 4 hidroxitamoxifeno abajo PDB 3ERT Los ligandos son representados mediante esferas solidas blanco carbono rojo oxigeno Cuando un agonista se une a un receptor nuclear la helice alfa c terminal del dominio LDB H12 azul brillante se situa de tal modo que el coactivador rojo puede unirse a la superficie del dominio En la figura se muestra unicamente una pequena parte de la proteina coactivadora concretamente la region denominada caja NR que contiene la secuencia de aminoacidos LXXLL a 25 Los antagonistas ocupan el mismo surco de union a ligando de los receptores nucleares Sin embargo los ligandos antagonistas poseen una cadena lateral que desplaza por un efecto esterico la helice alfa H12 y asi poder ocupar la misma posicion en el espacio que un coactivador unido Por ello en esta conformacion la union de los coactivadores al dominio LBD queda bloqueada Dependiendo del receptor implicado de la estructura quimica del ligando y del tejido que se vea afectado los ligandos de receptores nucleares pueden generar gran diversidad de efectos en un rango muy amplio desde el agonismo al antagonismo 26 Agonistas Editar Cuando los ligandos endogenos tales como hormonas del tipo del estradiol y la testosterona se unen a sus correspondientes receptores nucleares suele ser para activar de algun modo la expresion genica lo cual es referido como respuesta agonista Los efectos agonistas de las hormonas endogenas tambien pueden ser mimetizados por ciertos ligandos sinteticos como por ejemplo la dexametasona un farmaco antiinflamatorio que se une al receptor de glucocorticoides Los ligandos agonistas actuan mediante la induccion de un cambio conformacional en el receptor que favorece la union del coactivador vease la imagen superior de la figura de la derecha Antagonistas Editar Al contrario de lo observado con la dexametasona existen otros ligandos sinteticos de receptores nucleares que no poseen aparentemente ningun efecto en la transcripcion genetica en ausencia de ligandos endogenos Sin embargo si son capaces de bloquear el efecto del agonista estableciendo una competicion por el mismo sitio de union del receptor nuclear Estos ligandos son referidos como antagonistas Un ejemplo clasico de farmaco antagonista es la mifepristona que se une a los receptores de glucocorticoides y progesterona bloqueando la actividad de las correspondientes hormonas endogenas cortisol y progesterona respectivamente Los ligandos antagonistas actuan mediante la induccion de un cambio conformacional en el receptor que impide la union del coactivador y favorece la union del correpresor vease la imagen inferior de la figura de la derecha Agonistas inversos Editar Finalmente se han descrito algunos receptores nucleares que promueven un bajo nivel de transcripcion en ausencia de agonistas tambien referidos como actividad basal o constitutiva Los ligandos sinteticos que reducen este nivel basal de actividad en los receptores nucleares son conocidos como agonistas inversos 27 Moduladores selectivos de receptor Editar Existen un cierto numero de farmacos que actuando a traves de receptores nucleares presentan una respuesta agonista en algunos tejidos y una respuesta antagonista en otros Este comportamiento puede ser muy util ya que permite mantener el efecto terapeutico beneficioso y deseado de un farmaco minimizando los efectos secundarios adversos Los farmacos que poseen este perfil mixto agonista antegonista son denominados moduladores selectivos de receptor SRMs Como ejemplos cabe destacar el modulador selectivo de los receptores estrogenicos SERMs y el modulador selectivo de los receptores de progesterona SPRMs El mecanismo de accion de los SRMs puede variar dependiendo de la estructura quimica del ligando y del receptor implicado pero parece ser que muchos SRMs actuan promoviendo en el receptor un cambio conformacional intermedio entre el agonismo y el antagonismo En aquellos tejidos donde la concentracion de coactivador es mas elevada que la de correpresor el equilibrio virara hacia el agonismo Por el contrario si la concentracion de correpresor es mas elevada el ligando se comportara como un antagonista 28 Mecanismos alternativos EditarTransactivacion y transrepresion Editar El mecanismo de accion mas comun de los receptores nucleares implica la union directa del receptor nuclear al elemento de respuesta a hormonas Este mecanismo es referido como transactivacion Sin embargo algunos receptores nucleares no solo tienen la capacidad de unirse directamente al ADN sino tambien a otros factores de transcripcion Esta union suele dar lugar a la desactivacion del segundo factor de transcripcion en un proceso denominado transrepresion 29 No genomicos Editar Los efectos directos clasicos de los receptores nucleares en la regulacion genica pueden tardar horas antes de que puedan hacerse visibles en las celulas lo cual se debe al elevado numero de pasos intermedios entre la activacion del receptor nuclear y las variaciones en los niveles de expresion de las proteinas implicadas No obstante se ha observado que algunos efectos hormonales como el del estrogeno se producen en minutos tras su aplicacion lo cual no concuerda con el mecanismo de accion clasico de los receptores nucleares expuesto anteriormente Mientras que la diana molecular de estos efectos no genomicos de los receptores nucleares aun no se ha demostrado categoricamente se ha hipotetizado la existencia de variantes de receptores nucleares que se encuentran asociados a membrana en lugar de localizarse en el nucleo o en el citoplasma Ademas estos receptores asociados a membrana actuan por medio de mecanismos alternativos de transduccion de senales que no implican fenomenos de regulacion genica 30 31 Familias de receptores nucleares EditarA continuacion se muestra una lista con los 48 receptores nucleares humanos conocidos hasta ahora 32 categorizados de acuerdo a la homologia de secuencia 5 6 La nomenclatura utilizada ha sido la siguiente Subfamilia nombre Grupo nombre ligando endogeno si es comun al grupo entero Miembro nombre abreviatura Simbolo NRNC 5 gen ligando endogeno dd Arbol filogenetico de los receptores nucleares Subfamilia 1 Receptores semejantes a los receptores de hormonas tiroideas Editar Grupo A Receptor de hormona tiroidea Hormona tiroidea 1 Receptor de hormona tiroidea a TRa NR1A1 HGNC THRA 2 Receptor de hormona tiroidea b TRb NR1A2 HGNC THRB Grupo B Receptor de acido retinoico Vitamina A y compuestos relacionados 1 Receptor de acido retinoico a RARa NR1B1 HGNC RARA 2 Receptor de acido retinoico b RARb NR1B2 HGNC RARB 3 Receptor de acido retinoico g RARg NR1B3 HGNC RARG Grupo C Receptor activado por proliferadores de peroxisomas acidos grasos prostaglandinas 1 Receptor activado por proliferadores de peroxisomas a PPARa NR1C1 HGNC PPARA 2 Receptor activado por proliferadores de peroxisomas b d PPARb d NR1C2 HGNC PPARD 3 Receptor activado por proliferadores de peroxisomas g PPARg NR1C3 HGNC PPARG Grupo D Rev ErbA hemo 1 Rev ErbAa Rev ErbAa HGNC NR1D1 2 Rev ErbAb Rev ErbAb HGNC NR1D2 Grupo F Receptor huerfano asociado a RAR colesterol ATRA 1 Receptor huerfano asociado a RAR a RORa NR1F1 HGNC RORA 2 Receptor huerfano asociado a RAR b RORb NR1F2 HGNC RORB 3 Receptor huerfano asociado a RAR g RORg NR1F3 HGNC RORC Grupo H Receptor X hepatico oxiesterol 3 Receptor X hepatico a LXRa HGNC NR1H3 2 Receptor X hepatico b LXRb HGNC NR1H2 4 Receptor X farnesoide FXR HGNC NR1H4 Grupo I Receptores de vitamina D 1 Receptor de vitamina D VDR NR1I1 HGNC VDR vitamina D 2 Receptor X pregnano PXR HGNC NR1I2 xenobioticos 3 Receptor de androstano constitutivo CAR HGNC NR1I3 androstano Subfamilia 2 Receptores semejantes a los receptores X retinoides Editar Grupo A Factor nuclear de hepatocito 4 HNF4 acidos grasos 1 Factor nuclear de hepatocito 4 a HNF4a NR2A1 HGNC HNF4A 2 Factor nuclear de hepatocito 4 g HNF4g NR2A2 HGNC HNF4G Grupo B Receptor X retinoide RXR retinoides 1 Receptor X retinoide a RXRa NR2B1 HGNC RXRA 2 Receptor X retinoide b RXRb NR2B2 HGNC RXRB 3 Receptor X retinoide g RXRg NR2B3 HGNC RXRG Grupo C Receptor testicular 1 Receptor testicular 2 TR2 HGNC NR2C1 2 Receptor testicular 4 TR4 HGNC NR2C2 Grupo E TLX PNR 1 Homologo humano del gen tailless de Drosophila TLX HGNC NR2E1 3 Receptor nuclear especifico de fotorreceptor PNR HGNC NR2E3 Grupo F COUP EAR 1 Factor de transcripcion del promotor de la ovoalbumina de pollo I COUP TFI HGNC NR2F1 2 Factor de transcripcion del promotor de la ovoalbumina de pollo II COUP TFII HGNC NR2F2 6 Gen asociado a V erbA EAR 2 HGNC NR2F6 Subfamilia 3 Receptores semejantes a los receptores de estrogenos Editar Grupo A Receptor de estrogeno Hormonas sexuales estrogeno 1 Receptor de estrogeno a ERa NR3A1 HGNC ESR1 2 Receptor de estrogeno b ERb NR3A2 HGNC ESR2 Grupo B Receptor asociado a estrogeno 1 Receptor asociado a estrogeno a ERRa NR3B1 HGNC ESRRA 2 Receptor asociado a estrogeno b ERRb NR3B2 HGNC ESRRB 3 Receptor asociado a estrogeno g ERRg NR3B3 HGNC ESRRG Grupo C Receptores cetosteroides 1 Receptor de glucocorticoides GR HGNC NR3C1 Cortisol 2 Receptor de mineralocorticoides MR HGNC NR3C2 Aldosterona 3 Receptor de progesterona PR NR3C3 HGNC PGR Hormonas sexuales progesterona 4 Receptor androgenico AR NR3C4 HGNC AR Hormonas sexuales testosterona Subfamilia 4 Receptores semejantes a los factores de crecimiento nervioso IB Editar Grupo A NGFIB NURR1 NOR1 1 Factor de crecimiento nervioso IB NGFIB HGNC NR4A1 2 Receptor nuclear asociado 1 NURR1 HGNC NR4A2 3 Receptor nuclear huerfano derivado de neuronas 1 NOR1 HGNC NR4A3 Subfamilia 5 Receptores semejantes a los factores esteroidogenicos Editar Grupo A SF1 LRH1 1 Factor esteroidogenico 1 SF1 HGNC NR5A1 fosfolipidos 2 Receptor homologo hepatico 1 LRH 1 HGNC NR5A2 Subfamilia 6 Receptores semejantes a los factores nucleares de celulas germinativas Editar Grupo A GCNF 1 Factor nuclear de celulas germinativas GCNF HGNC NR6A1 Subfamilia 0 Miscelanea Editar Grupo B DAX SHP 1 Hipogonadismo sensible a dosis region critica de la hipoplasia adrenal en cromosoma X gen 1 DAX1 HGNC NR0B1 2 Proteina heterodimerica pequena Shp HGNC NR0B2 Grupo C Receptores nucleares con dos dominios de union a ADN 2DBD NR Una nueva subfamilia 33 34 Historia EditarA continuacion se muestra una breve cronologia de los eventos mas notables en la historia de la investigacion de los receptores nucleares 35 1905 Ernest Starling acuna la palabra hormona 1926 Edward Calvin Kendall y Tadeus Reichstein aislan y determinan la estructura de la cortisona y de la tiroxina 1929 Adolf Butenandt y Edward Adelbert Doisy aislan y determinan de forma independiente la estructura del estrogeno 1961 Elwood Jensen aisla el receptor de estrogeno 1980s Pierre Chambon Ronald Evans y Bjorn Vennstrom clona aislan los receptores de estrogeno de glucocorticoides y de hormona tiroidea respectivamente 2004 Pierre Chambon Ronald Evans y Elwood Jensen son galardonados con el Premio Albert Lasker por Investigacion Medica Basica el cual suele preceder frecuentemente a la concesion del Premio Nobel en Medicina o Fisiologia Vease tambien EditarReceptor celular Receptor intracelular Receptor de esteroides Factor de transcripcionNotas Editara L residuo de leucina X residuo indistinto Referencias Editar Evans RM 1988 The steroid and thyroid hormone receptor superfamily Science 240 4854 889 95 PMID 3283939 doi 10 1126 science 3283939 Olefsky JM 2001 Nuclear receptor minireview series J Biol Chem 276 40 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