El receptor de andrógenos , o receptor de andrógenos ( eng. receptor de andrógenos, AR ), o NR3C4 es uno de los receptores de hormonas esteroides , activado por andrógenos : testosterona o dihidrotestosterona [2] . Se refiere a la subfamilia 3, grupo C (gen 4) de la familia de receptores nucleares que pueden interactuar directamente con el ADN nuclear [3] [4] . El receptor de andrógenos se activa al unirse a los andrógenos en el citoplasma y luego se transfiere al núcleo .
El receptor de andrógenos es un factor de transcripción que regula la expresión génica [5] al interactuar con el ADN , y también realiza otras funciones no relacionadas con la interacción con el ADN [6] . Los genes regulados por andrógenos a través de AR son esenciales para el desarrollo y mantenimiento del fenotipo masculino [7] .
En humanos, el receptor de andrógenos está codificado por el gen AR ubicado en el cromosoma X en el locus Xq11.2-12 [8] [9] .
En 1953, John Morris , obstetra de la Universidad de Yale , informó de 82 individuos que tenían un fenotipo femenino a pesar de tener testículos . Posteriormente, los estudios endocrinológicos , fisiopatológicos , bioquímicos y de biología molecular permitieron establecer que este fenotipo se debe al síndrome de insensibilidad a los andrógenos . Estos estudios han arrojado luz sobre el papel de los andrógenos en la determinación del sexo masculino , los mecanismos de acción de los andrógenos y la estructura y función de los receptores de andrógenos [10] .
El gen del receptor de andrógenos humano ( AR ) está ubicado en el brazo largo del cromosoma X en el locus Xq11.2-12, con el extremo 5' del gen mirando hacia el centrómero . La secuencia de nucleótidos del gen contiene 90 mil pares de bases [11] e incluye 8 exones . Su organización estructural es similar a la de los genes de otros receptores de hormonas esteroides. El exón 1 codifica el dominio N-terminal (NTD) de la proteína, los exones 2 y 3 el dominio central de unión al ADN (DBD) y los exones 4–8 el dominio C-terminal . En varias líneas celulares , se identificaron 2 formas alternativas de AR mRNA , 8,5 kb y 11 kb, respectivamente ; son el resultado del empalme alternativo de la región no traducida 3' . No se encontraron diferencias estructurales y funcionales entre los productos de traducción de estos ARNm, sin embargo, es posible que la presencia de una u otra forma de ARNm en un tejido particular esté determinada por reguladores tisulares específicos. En la glándula prostática y los fibroblastos de la piel que cubre los genitales, se expresa predominantemente el ARNm más largo [4] . El gen AR contiene 2 regiones polimórficas que consisten en repeticiones de trinucleótidos que codifican las regiones de poliglutamina y poliglicina del dominio de transactivación N-terminal del receptor (ver #Estructura para más detalles ) [ 12] [11] .
La estructura del gen AR es conservadora entre los mamíferos , desde roedores hasta humanos. El gen está localizado en el cromosoma X en otros mamíferos, como marsupiales y monotremas , lo que puede reflejar un vínculo entre AR y otros genes sintéticos [11] .
El primer exón del AR contiene varias regiones con secuencias repetidas. La más destacable de estas repeticiones comienza en el codón 58 y consta de 21 ± 2 repeticiones del triplete CAG, ya que en el síndrome de Kennedy es en este donde suele darse el aumento del número de repeticiones CAG [13] . Las repeticiones de CAG se conservan evolutivamente : las ratas y los ratones tienen regiones cortas de repeticiones de CAG que corresponden a una región similar del gen AR humano , que codifica la región de poliglutamina del receptor de andrógenos, a partir de la posición 57. La región de repeticiones de CAG también existe en el AR genes de primates, y su longitud es menor que la de las especies más alejadas de los humanos. Al igual que otros genes con regiones de repetición CAG, la longitud de esta región en AR varía ampliamente debido al de la ADN polimerasa en la plantilla, por lo que el número total de tripletes CAG replicados puede diferir. El número de repeticiones CAG varía de 14 a 35 y puede estar relacionado con el origen étnico y la raza. La longitud de la región poliglutamina del AR, codificada por repeticiones CAG, puede influir en la actividad del receptor e influir en el riesgo de desarrollar cáncer de próstata [11] .
La transcripción del gen AR depende del tipo de célula y, en algunos tejidos , también de la edad. Además, los niveles de ARNm de AR están regulados por andrógenos y otras hormonas esteroides. El promotor del gen AR no tiene las típicas cajas TATA y CAAT . A diferencia de la mayoría de los genes que carecen de la caja TATA, la región 5' no traducida del AR contiene secuencias ricas en GC que se unen al factor de transcripción Sp1 . Además de Sp1, la expresión de AR está regulada positivamente por proteínas como CREB y C-myc , y negativamente por el factor de transcripción NF-κB y el factor constitutivamente activo NF-1 [14] . El gen AR se puede transcribir a partir de al menos dos promotores diferentes, cuya actividad depende del tipo de célula. Los estudios del promotor AR de rata han mostrado múltiples sitios de unión para varios coactivadores transcripcionales . AR se expresa en una amplia variedad de tejidos no relacionados con los órganos sexuales primarios y secundarios, de acuerdo con sus efectos multifacéticos. De hecho, es difícil encontrar un tejido que no exprese al menos una pequeña cantidad de AR (la excepción es el bazo ). En el hígado de rata, también se reveló la dependencia del nivel de expresión de AR con la edad, que se debe a la unión de varios factores de transcripción a secuencias diana específicas en el promotor de AR [11] .
En la rata, el promotor AR contiene secuencias de ADN palindrómicas que sirven como sitios de unión para el receptor de andrógenos, el receptor de glucocorticoides y el receptor de progesterona. En este sentido, existe una retroalimentación negativa que regula la transcripción del AR a través del propio AR. La castración conduce a un aumento en el nivel de ARNm de AR , pero este efecto se elimina cuando se toman andrógenos. La expresión de AR en la rata está regulada negativamente por los andrógenos y la hormona estimulante del folículo gonadotropina , y esta regulación puede estar mediada por el AMP cíclico , para el cual hay un elemento de respuesta en el promotor de AR [11] .
El conservadurismo de algunos segmentos del gen AR durante la evolución refleja la importancia crítica de estos segmentos para el funcionamiento de la molécula receptora. La región más conservada es DBD, que prácticamente no cambia en la serie desde la rana Xenopus hasta los humanos; además, el dominio de unión al ligando (LBD) y la región bisagra ( ing. bisagra ) demuestran un alto grado de conservadurismo. Debido a que los AR se unen a ligandos muy similares en diferentes organismos, los codones conservados 12-43 LBD corresponden al sitio de unión al ligando. Las mutaciones que afectan al LBD conducen al síndrome de insensibilidad a los andrógenos, que ocurre en una amplia gama de especies de vertebrados, desde ranas hasta humanos. Además, la región bisagra, en particular su dominio N-terminal, también está muy conservada, desde ranas hasta roedores. En NTD, codificado por el primer exón, comenzando en el codón 539, hay poca o ninguna conservación de roedores a humanos. Sin embargo, el análisis de secuencias en el codón 1 a 53 y el codón 360 a 429 mostró que codifican una región de la proteína que se conserva en todos los organismos. Estas regiones son importantes para la dimerización de AR , y su conservadurismo refleja la similitud funcional de AR en todos los primates [11] .
Dos isoformas diferentes del receptor de andrógenos, AR-A y AR-B, se describieron por primera vez en humanos en fibroblastos de piel genital . AR-A tiene una masa de 87 kDa y tiene un dominio N-terminal acortado en comparación con la isoforma AR-B (110 kDa). De lo contrario, estas isoformas son idénticas. Se supone que la traducción de AR-A comienza desde el primer residuo interno de metionina (Met-188) en la misma transcripción a partir de la cual se traduce la forma completa de AR-B. Ambas isoformas se expresan en diversos tejidos tanto de embriones como de adultos (tanto hombres como mujeres), pero la expresión más abundante se observa en los tejidos reproductivos. La proporción de AR-B:AR-A varía en diferentes tejidos y es diferente en diferentes etapas de desarrollo. En el hueso parietal del feto en desarrollo, el nivel de AR-B es relativamente bajo, mientras que AR-A no se encontró en absoluto. Ambas isoformas se han encontrado en osteoblastos humanos . No se sabe si estas isoformas pueden estar involucradas en diferentes vías de señalización en humanos, pero sus funciones parecen diferir [15] .
También se han encontrado varias isoformas AR en otros vertebrados. En la laringe de la rana Xenopus laevis , se han descrito dos isoformas diferentes de AR, que difieren en el dominio N-terminal (AR α y AR β). La expresión de AR β está asociada con la proliferación y diferenciación de los músculos laríngeos en los juveniles y el cartílago en los machos, mientras que la expresión de AR α se mantiene a lo largo de las etapas de desarrollo posteriores. También se han encontrado dos formas diferentes de AR (AR1 y AR2) en el pez Micropogonias undulatus . En este pez, las dos isoformas AR difieren en la afinidad de unión al agonista, las propiedades físicas y la distribución tisular. AR1 se expresa principalmente en el cerebro , mientras que AR2 se expresa en el cerebro, los ovarios y los testículos . AR2 tiene una alta afinidad por una amplia gama de andrógenos, mientras que AR2 solo puede unirse a la testosterona. Estos datos indican que en X. laevis y M. undulatus , dos formas diferentes de receptores de andrógenos realizan funciones diferentes en los tejidos diana [15] .
Al igual que otros receptores nucleares, el receptor de andrógenos consta de un dominio globular helicoidal α C-terminal responsable de la unión y dimerización del ligando, que está unido a través de una bisagra a un segundo dominio globular helicoidal α responsable de la unión y dimerización específicas del ADN, y plástico. Dominio N-terminal de estructura variable, que en algunos casos interviene en la regulación de la transcripción [16] . Dominio N-terminal que contiene el sitio de activación funcional 1 (AF-1) entre los residuos 101-370, requerido para la actividad transcripcional activada por ligando completo , sitio de activación funcional 5 (AF-5) entre los residuos 360-485, responsable de la actividad constitutiva ( actividad sin un ligando unido) [17] y una superficie de dimerización que incluye los residuos 1–36 (que contiene el motivo FXXLF , donde F es fenilalanina , L es leucina y X es cualquier residuo de aminoácido) y 370–494 (estas dos superficies interactuar con LBD en la interacción intramolecular [18] [19] [20] de cabeza a cola [21] [22] [23] ). La región bisagra contiene una señal de localización nuclear dependiente del ligando [24] . El dominio de unión al ligando (LBD) contiene un sitio de activación funcional 2 (AF-2) responsable de la actividad inducida por el agonista (actividad en presencia de un agonista unido). AF-2 se une intramolecularmente al motivo FXXFL N-terminal oa proteínas coactivadoras (que contienen motivos LXXLL o, preferiblemente, FXXFL) [23] . Además, el LBD contiene una señal de exportación nuclear dependiente del ligando [25] .
Dominio N-terminalEl dominio del receptor de andrógenos N-terminal (NTD) está codificado por el exón 1 y contiene dos sitios principales de activación transcripcional funcional y varios subdominios estructurales. Al igual que otros receptores de hormonas esteroides, el NTD AR no está ordenado naturalmente y existe en muchas variantes conformacionales diferentes. Su estructura es un glóbulo fundido , que es capaz de formar secciones en espiral . Entre sus 539 aminoácidos hay dos sitios de activación funcional independientes: AF-1 (ubicado entre los residuos 103-372), que se requiere para la transactivación de la forma completa de AR, y AF-5 (ubicado entre los residuos 362-486), que se requiere para la transactivación del AR constitutivamente activo que carece de un dominio de unión a ligando (LBD). Ahora se sabe que AF-5 interactúa con dominios ricos en glutamina de cofactores de la familia p160, como SRC-1 y TIF2 / GRIP1 (para obtener más información sobre las interacciones de AR con otras proteínas , consulte ) [4] .
Otra función del NTD AR es su unión al LBD ubicado en el extremo C-terminal (interacción N/C). Se requieren las siguientes regiones NTD para unirse a LBD: los primeros 36 aminoácidos y los aminoácidos 372-495. La interacción dependiente de hormonas de NTD con LBD puede desempeñar un papel en la estabilización del dímero AR y la estabilización del complejo ligando-receptor, ralentizando la tasa de disociación del ligando y reduciendo la degradación del receptor. Los agonistas como la testosterona y la dihidrosterona, pero no los antagonistas (p. ej., hidroxiflutamida y bicalutamida), inducen la interacción N/C en forma AR completa. Usando el método de transferencia de energía por resonancia fluorescente (FRET), se demostró que la interacción N/C intramolecular comienza en el citoplasma poco después de unirse a la hormona, y en el núcleo, durante la dimerización del receptor, ocurre otra interacción N/C, esta vez intermolecular (entre dos moléculas AR ). La interacción N/C ocurre predominantemente en AR móviles, donde protege el sitio de unión del coactivador de interacciones proteína-proteína innecesarias. Después de unirse al ADN, el enlace N/C intramolecular se rompe, lo que permite que varios cofactores se unan al receptor. Algunas mutaciones en el LBD en pacientes con síndrome de insensibilidad a los andrógenos interrumpen la interacción normal del NTD con el LBD, lo que evita que el andrógeno se una al receptor [4] .
NTD, el dominio AR menos conservado; la proporción de residuos de aminoácidos coincidentes entre los RA de NTD humanos y de rata es solo del 20 % [11] .
Dominio de unión al ADNEl dominio de unión al ADN (DBD) es el dominio AR más conservado: la similitud entre las secuencias de aminoácidos del DBD humano y de rata alcanza el 100 %. La coincidencia de secuencias de aminoácidos entre DBD AR y el receptor de progesterona alcanza el 79%, el receptor de glucocorticoides - 76% y el estrógeno - 56% [11] . Contiene 70 residuos de aminoácidos y está codificado por los exones 2 y 3. Se caracteriza por una gran proporción de aminoácidos esenciales y nueve residuos de cisteína conservados . DBD tiene una estructura globular compacta con tres subestructuras distintas: dos grupos de zinc y una extensión C-terminal (CTE) menos densamente empaquetada. Ambos grupos de zinc contienen un átomo de zinc, que interactúa con cuatro residuos de cisteína a través de enlaces de coordinación. Cada grupo de zinc está flanqueado por una hélice α desde el extremo C. Los dos grupos de zinc son estructural y funcionalmente distintos y están codificados por diferentes exones. La hélice α del grupo de zinc más cercana al extremo N interactúa directamente con secuencias específicas en el ADN. Tres aminoácidos clave son responsables del reconocimiento específico de estos elementos de respuesta en el ADN ( residuos de glicina , serina y valina ), que juntos forman la llamada caja P (de “proximal” - near) (para más detalles sobre la interacción de AR con ADN, ver ). El segundo grupo de zinc parece estar involucrado en las interacciones proteína-proteína (p. ej., dimerización) y se denomina caja D (de "distal" - distante) [4] .
Sección con bisagrasEntre el dominio de unión al ADN y el dominio de unión al ligando hay una región bisagra no conservativa, cuyo tamaño varía para los diferentes receptores de hormonas esteroides. Está codificado por el exón 4. Puede considerarse como un conector flexible entre el dominio de unión al ligando y el resto de la molécula. La región bisagra es importante para la localización nuclear y contiene la señal correspondiente. Además, algunos correpresores AR pueden unirse a la región bisagra. Además, AR se puede acetilar en el motivo [KLLKK] en la región bisagra [4] .
Dominio de unión al ligandoEl dominio de unión a ligando ( LBD ) es el segundo dominio más conservativo del receptor de andrógenos después de DBD, codificado por los exones 5-8. Este dominio está formado por alrededor de 250 residuos de aminoácidos en el extremo C-terminal del AR. La estructura espacial del AR humano se determinó en complejo con el agonista sintético metiltrienolona (R1881) y dihidrosterona . Su plegamiento espacial coincide con los dominios de unión a ligando típicos de los receptores nucleares, aunque la identidad de la secuencia de aminoácidos con algunos otros receptores de hormonas esteroides puede ser tan baja como 20%. El LBD de estos receptores incluye 12 hélices α (según algunas fuentes, la hélice 2 es poco distinguible en AR). El bolsillo de unión incluye 18 residuos de aminoácidos que interactúan más o menos directamente con el ligando. Los residuos de glutamina 711, metionina 745, arginina 752 se unen al ciclo A del ligando esteroideo, mientras que la leucina 704 y la asparagina 705 se unen a su anillo C. En este sentido, las hélices 4, 5 y 10 están principalmente en contacto con el ligando unido. El bolsillo de unión tiene cierta flexibilidad y puede unirse a ligandos que tienen varias estructuras. Cuando se une al ligando, la hélice 12 cierra el bolsillo y "cierra" el ligando en el interior. Cuando el receptor se une al antagonista, la hélice 12 se retrae, donde interfiere con la unión de los coactivadores en un surco especial formado en el LBD después de unirse a la hormona. En AR, después de unirse al ligando, no solo se cierra el bolsillo de unión con la hélice 12, sino que también se cierra el surco que proporciona la unión de LBD a NTD. Algunos coactivadores pueden unirse a este surco, pero la mayoría de los coactivadores se unen al AR en la región NTD [4] [11] .
El LBD también contiene un sitio de activación funcional, AF-2. Su trabajo en el LBD depende estrictamente de la presencia de coactivadores de receptores nucleares. Los experimentos in vivo han demostrado una interacción dependiente de ligando funcional favorable entre AF-2 y NTD [4] (AF-2 interactúa en el motivo FXXFL en NTD). AF-2 también puede interactuar con proteínas coactivadoras que contienen motivos LXXLL o, preferiblemente, FXXFL [23] .
Se ha encontrado una hendidura reguladora especial, llamada BF-3, en la superficie del LBD. Incluye los residuos Ile -673, Phe -674, Pro -724, Gly -725, Asn -728, Phe-827, Glu -830, Asn-834, Glu-838 y Arg -841. Al unirse a BF-3 de la hormona tiroidea triyodotironina (T3) y algunos antiinflamatorios no esteroideos , la actividad transcripcional de AR y su capacidad para unirse a coactivadores disminuyeron; las razones de este fenómeno aún no están claras. Además, algunas mutaciones que afectan a BF-3 conducen al síndrome de insensibilidad a los andrógenos (mutaciones con pérdida de función) o al cáncer de próstata (mutaciones que alteran la función). El análisis mutacional ha demostrado que algunos de estos aminoácidos son necesarios para la transactivación de AR. Sin embargo, esto se encontró solo en presencia de dihidrosterona [4] .
La vía de señalización del receptor de andrógenos incluye los siguientes pasos. Una vez que la testosterona ingresa a la célula diana, se une al receptor de andrógenos ya sea directamente o después de convertirse en la forma metabólicamente más activa, 5α-dihidrosterona (DHT), por la enzima 5α- reductasa [29] . DHT forma un complejo más estable con AR, y el efecto del complejo AR-DHT es de 3 a 10 veces más potente que el del complejo AR-testosterona. La unión del ligando al receptor en el citoplasma provoca la disociación de los complejos de chaperonas (incluidas las proteínas de choque térmico , a saber, Hsp70 , Hsp90 y p23 ), que se encuentran en estado unido a AR en reposo y lo protegen de degradación. Al mismo tiempo, se producen cambios conformacionales y fosforilación en el receptor , como resultado de lo cual se transloca al núcleo. Durante estas transformaciones, se forma un sitio de unión con coactivadores (sitio AF-2) [4] [30] , y el dominio LBD se reorganiza de una estructura tipo sándwich de tres capas de hélices α a una estructura más compacta por mover la hélice C-terminal (hélice 12) hacia la parte central de la proteína [14] .
En el núcleo, el complejo receptor-ligando se une a las secuencias de ADN diana (elementos de respuesta a andrógenos, ARE) que se encuentran en los promotores de los genes diana. La estructura de ARE difiere en diferentes genes, por lo que AR puede realizar muchas funciones reguladoras dentro del mismo núcleo. La presencia de varios ARE contribuye a la mejora y mayor especificidad de la interacción AR-DNA (de hecho, un solo ARE generalmente proporciona solo una pequeña cantidad de actividad). Además, la especificidad de la respuesta del promotor a la unión de AR y la interacción mejorada se ve facilitada por la presencia de dos clases principales de ARE. Las secuencias ARE de primera clase son R G AACA-NGN-T G TNCT (AR se une a los residuos de guanina subrayados ); el segundo es RGGACA-NNA-AGCCAA (esta unión asegura la cooperación de dos receptores vecinos unidos a ADN y mejora la especificidad) [11] . Además, los ARE, por regla general, son elementos complejos y, junto con las secuencias de unión a AR, contienen secuencias para la interacción con otros factores de transcripción [31] , incluidos los factores de transcripción de mantenimiento (Sp1, CCAAT y NF-1), (NF -kB, Ets y AP-1 ) y factores de transcripción específicos de tejido. Por lo tanto, AR también regula la expresión génica al interactuar con varios factores de transcripción [14] .
La unión al ADN proporciona un motivo de dos dedos de zinc en el dominio DBD (residuos de aminoácidos 550-624). El papel clave en este proceso lo desempeñan dos hélices α ubicadas perpendicularmente entre sí. La hélice N-terminal cumple la función de elemento de reconocimiento, y para ello sus residuos más importantes son la glicina 568, la serina 569 y la valina 572, que en conjunto forman la denominada caja P. La presencia de la caja P también es característica de una serie de otros receptores de hormonas esteroides, a saber, los receptores de glucocorticoides , mineralocorticoides y progesterona . Además de la caja P, 12 residuos de aminoácidos ubicados en la hélice C-terminal dentro del núcleo [ AR [14] también son importantes para unir AR al ADN .
Al unirse al ADN, el receptor de andrógenos se dimeriza con una segunda molécula AR, formando un dímero antiparalelo [32] . Si bien se ha demostrado que algunos receptores de hormonas esteroides forman homodímeros en solución y en forma cristalina, AR no puede formar un dímero in vitro [11] . El homodímero resultante recluta proteínas adicionales ( ARN polimerasa II , otros componentes del aparato de transcripción - TBP , TAF , otros factores de transcripción generales (GTF) y otras proteínas de unión al ADN , por ejemplo, respuesta sérica factor [33] ) a través de una interacción específica de motivos estructurales. En última instancia, esto conduce a la activación o supresión de genes diana de andrógenos [4] [30] .
Hasta la fecha, se han descrito 146 genes diana del receptor de andrógenos, incluidos genes que codifican proteínas implicadas en el plegamiento de proteínas , el metabolismo celular, la secreción , el control del citoesqueleto y la señalización intracelular. Por ejemplo, AR regula positivamente la expresión del antígeno prostático específico (PSA), probasina, factor de crecimiento de queratinocitos (KGF), inhibidor de apoptosis p21 , quinasas dependientes de ciclina 2 y 4 , receptor del factor de crecimiento similar a la insulina I ( IGF-1R ) [34] . AR regula a la baja la expresión del inhibidor del ciclo celular p16 , lo que da como resultado una mayor proliferación celular [35] y genes supresores de tumores que codifican serpina y maspina [14] .
Aunque algunos estudios de AR han demostrado que la unión del ligando se produce en el citoplasma, es posible que el AR endógeno realmente se acumule en el núcleo. La localización intracelular de AR también puede depender del tipo de célula. La ubicación del AR en el núcleo depende en gran medida de la región bisagra, y las deleciones que afectan a esta región reducen significativamente el movimiento del AR hacia el núcleo inducido por el ligando, aunque no bloquean completamente la señalización [4] .
Los correguladores del receptor de andrógenos son proteínas que pueden mejorar o reprimir el efecto de AR en la transcripción. Se han identificado más de 170 reguladores centrales de AR, incluidos activadores y represores. Algunos coactivadores, como c-jun o steroid receptor coactivator-2 ( SRC-2 ), se unen al dominio N-terminal del receptor de andrógenos y promueven su dimerización. Curiosamente, se observa sobreexpresión o amplificación del gen SRC-2 en el 11 % de los cánceres de próstata [30] . (Para obtener más información sobre las interacciones de AR con otras proteínas , consulte )
El receptor de andrógenos puede estar involucrado en procesos epigenéticos . Por ejemplo, AR puede cambiar la especificidad de LSD1 , una enzima que, en su forma no relacionada con AR, elimina los grupos metilo de H3K4 (un residuo de lisina 4 en la histona H3 ) y, por lo tanto, reprime la transcripción del gen objetivo. . Sin embargo, al unirse a AR, LSD1 cambia su especificidad: el complejo LSD1-AR desmetila H3K9 en lugar de H3K4 y, por lo tanto, activa en lugar de suprimir la transcripción. Además, AR puede reclutar JHDM2A desmetilasa, que desmetila H3K9 y activa la transcripción , a promotores de genes diana [36] .
La función del receptor de andrógenos no se limita a unirse a secuencias específicas de ADN en el núcleo. En particular, puede influir de forma rápida e independiente del género en la vía de señalización Src / Raf-1 /Erk-2. Se ha demostrado que el receptor de andrógenos está involucrado en la maduración de ovocitos mediada por andrógenos en la rana Xenopus a través de la vía de señalización MAPK , independientemente de la transcripción [4] . Tanto AR como el receptor de estrógeno pueden unirse a ligandos homólogos o heterólogos en el citoplasma y mostrar efectos inhibitorios sobre la muerte celular. Sin embargo, estos efectos son relativamente menores en comparación con los efectos significativos sobre el crecimiento celular, la supervivencia y la diferenciación que tiene el complejo de unión al ligando en el núcleo [11] .
En algunos tipos de células, la testosterona interactúa directamente con los receptores de andrógenos, mientras que en otros, la enzima 5-alfa reductasa convierte primero la testosterona en dihidrotestosterona, un agonista de los receptores de andrógenos aún más potente [ 29] . La testosterona parece ser la principal hormona activadora del receptor de andrógenos en el conducto del lobo , mientras que la dihidrotestosterona es la principal hormona andrógena en el seno genitourinario , el tubérculo urogenital y los folículos pilosos [37] . Así, la testosterona es la principal responsable del desarrollo de las características sexuales primarias masculinas , mientras que la dihidrotestosterona es responsable del desarrollo de las secundarias . Además, se ha encontrado que el polimorfismo en el gen AR puede estar asociado con la calvicie de patrón masculino relacionada con la edad [38] .
Los andrógenos ralentizan la maduración ósea , pero el estrógeno , que se forma durante la aromatización de los andrógenos , tiene un efecto de ralentización aún más pronunciado en los huesos . En las personas que toman esteroides durante la adolescencia, es posible que se produzca un retraso en el crecimiento debido al exceso de andrógenos y/o estrógenos. Las personas con niveles demasiado bajos de hormonas sexuales pueden tener una estatura pequeña durante la pubertad, pero a medida que envejecen, su estatura aumenta a la normalidad, como en el caso del síndrome de insensibilidad a los andrógenos o el síndrome de insensibilidad a los estrógenos [39] .
Además, estudios en ratones a los que se les ha eliminado el gen AR ( ratones knockout ) han demostrado que el AR es esencial para la fertilidad femenina normal , ya que es necesario para el desarrollo y pleno funcionamiento de los folículos ováricos y la ovulación , actuando tanto a través de la vía intraovárica como de la ovárica. mecanismos neuroendocrinos [40] .
Actuando a través de los receptores de andrógenos, los andrógenos juegan un papel clave en el mantenimiento de la integridad del esqueleto masculino. La regulación de esta integridad a través de las vías de señalización del receptor de andrógenos (AR) puede involucrar tanto a los osteoblastos como a los osteocitos [41] . Los andrógenos son importantes para regular la actividad y la sensibilidad a las hormonas sexuales, mantener el peso corporal y determinar el físico en ambos sexos [42] .
Los andrógenos tienen un efecto significativo sobre las células del endotelio vascular y del músculo liso vascular , así como sobre el proceso de angiogénesis . Se ha establecido que la dihidrosterona, al unirse a las células endoteliales, induce la expresión de la proteína de adhesión de células vasculares-1 ( VCAM-1 ) en ellas, lo que potencia la unión de los monocitos al endotelio. Además, la testosterona aumenta rápidamente la producción de óxido nítrico ( NO ) en las células endoteliales de la aorta humana [ 43] .
Para regular la transcripción, es necesario, en primer lugar, hacer que los elementos reguladores en los promotores estén disponibles para unirse mediante la remodelación de la cromatina y, en segundo lugar, atraer el aparato de transcripción principal a los promotores para mejorar la iniciación y/o elongación de la transcripción. Potencialmente, el receptor de andrógenos puede regular estos dos procesos, lo que lleva a un aumento en el contenido de ARNm del gen objetivo. Se ha demostrado la evidencia de la remodelación de la cromatina dependiente de hormonas en el promotor del virus del tumor mamario de ratón ( MMTV Posteriormente, se demostró que los cambios dependientes de AR en la topología del ADN y la activación de genes requieren BRG-1 y la subunidad ATPasa del complejo de remodelación de cromatina SWI/SNF . Se supone que SWI/SNF no se recluta directamente, sino con la ayuda de los coactivadores SRC y CREBBP (CBP), y la presencia de actividad histona acetiltransferasa en la última proteína es importante para la activación y estabilización dependiente del receptor de SWI/SNF. Sin embargo, no solo las histonas , sino también la propia AR pueden acetilarse durante la operación de la AR con la ayuda de las proteínas coactivadoras p300 y p300/CBP-associated factor ( PCAF ), así como Tip60. Por lo tanto, la acetilación puede activar directamente la AR y la cromatina "abierta" en los genes diana [14] .
Otras modificaciones postraduccionales (además de la acetilación) que pueden sufrir los AR son la fosforilación, la metilación , la ubiquitinación y la sumoilación . Todas estas reacciones son reversibles, por lo que también son posibles la desfosforilación, la desmetilación, la desubiquitinación y la desumoilación. Alrededor de 23 sitios AR se pueden modificar directamente de una forma u otra. La metilación de AR se puede realizar mediante la histona metiltransferasa SET9; ubiquitinación - RNF6. Tanto la metilación como la ubiquitinación y la sumoilación ocurren en los residuos de lisina . Curiosamente, la mayoría de los sitios de fosforilación se encuentran dentro de la región AR-NTD y AF-1; esto confirma que estas modificaciones modulan directamente la transactivación dependiente del receptor. Los posibles mecanismos subyacentes a esto son cambios en las interacciones proteína-proteína y/o cambios en la estructura y estabilidad de la proteína [14] . AR se puede fosforilar en los residuos de serina, treonina y tirosina, y esto lo pueden hacer proteínas como la quinasa dependiente de ciclina 9 (CDK9), MAPK, TFIIH (en los residuos de serina ); Ack1 (para residuos de tirosina ); quinasa Aurora A (por residuos de treonina ) [4] .
La función AR puede ser suprimida por la cochaperona BAG1 [44] ; factor determinante del destino celular DACH1 [45] ; DAXX [46] ; DJBP , que recluta histona desacetilasa [47] ; glucógeno sintasa quinasa 3-β (GSK3B); histona desacetilasa 1 (HDAC1), que desacetila las histonas e interfiere con la función AR [48] ; SRY [49] . El dominio de unión al ligando AR y su extremo N pueden unirse a la beta-catenina [50] . Gelsolin , otro corregulador AR, se une a los receptores DBD y LBD [51] . La proteína del antígeno del melanoma MAGEA11 regula el funcionamiento del AR cambiando la interacción de sus dominios [52] .
Se ha establecido que AR puede regular el inicio de la transcripción de genes diana al interactuar con uno de los factores de transcripción comunes, TFIIF . Además, AR puede interactuar con otro factor de transcripción, P-TEFb . Los sitios de unión de estas proteínas están dentro de la región AF1. El mismo dominio contiene sitios de unión para el receptor de andrógenos con proteínas como la familia de coactivadores p160, el regulador del ciclo celular ciclina E1 , los factores de transcripción SMAD3 y STAT3 , el nuevo coactivador ART-27 y el correpresor SMRT [14 ] .
Muchas proteínas diferentes también se unen a la región AR-NTD. Entre ellos:
Resumiendo, podemos decir que la regulación génica dependiente de AR consiste en una acción conjunta con otros factores de transcripción (incluidos los específicos de tejido) y numerosas interacciones con la maquinaria de transcripción [14] .
Los agonistas de AR endógenos son la testosterona y la dihidrosterona, siendo la dihidrosterona significativamente más potente que la testosterona. También se conocen agonistas AR sintéticos, por ejemplo, metiltrienolona [4] y andriol derivado de la testosterona [53] . Los agonistas de AR se pueden usar como agentes anabólicos [54] , en la terapia de reemplazo de andrógenos para el tratamiento del hipogonadismo masculino y posiblemente como anticonceptivos masculinos [53] . Estudios recientes han demostrado que la unión de agonistas (así como algunos antagonistas) puede cambiar la secuencia de ADN reconocida por el complejo AR-ligando, lo que puede ser útil en el tratamiento, por ejemplo, del cáncer de próstata [55] .
Los antagonistas de los receptores de andrógenos a menudo se usan en el tratamiento de enfermedades causadas por un exceso de andrógenos, como el cáncer de próstata. Los compuestos que son antagonistas totales o parciales de los receptores de andrógenos se denominan antiandrógenos . Los antagonistas completos de AR son, por ejemplo, los compuestos no esteroideos hidroxiflutamida , nilutamida y bicalutamida . Algunos compuestos esteroides, como el acetato de ciproterona y la mifepristona , tienen efectos antagónicos y agonistas sobre el AR [4] . Las progestinas en dosis altas pueden bloquear los receptores de andrógenos [56] [57] porque el receptor de andrógenos está más estrechamente relacionado con los receptores de progesterona .
Los moduladores selectivos de los receptores de andrógenos (SARM) afectan los efectos genómicos y no genómicos de los andrógenos a través de la interacción con ellos en el citoplasma. El desarrollo de tales compuestos que modulan la actividad biológica de AR de una manera específica de tejido comenzó en 1999 [4] . Actualmente, se están realizando ensayos clínicos de los fármacos del grupo SARM enobosarm [58] , que actúa principalmente sobre huesos y músculos, y LGD-4033 [59] .
La unión del AR a antagonistas, agonistas y otros moduladores provoca cambios conformacionales en él, como resultado de lo cual cambia el conjunto de correguladores (coactivadores y correpresores) con los que el AR puede interactuar. Por lo tanto, la especificidad tisular y la selectividad de la acción de un modulador en particular se explica por un coregulador único con el que el receptor puede interactuar después de unirse al modulador, y la fuerza de la respuesta final está determinada por los niveles de ciertos coactivadores y correpresores . 4] .
Una variedad de mutaciones (generalmente mutaciones sin sentido [11] ) del receptor de andrógenos que impiden la señalización intracelular a través del AR cuando se une a la testosterona conducen al desarrollo de una condición conocida como síndrome de insensibilidad a los andrógenos (AIS). En individuos con AIS, durante el desarrollo embrionario , las células de Leydig producen cantidades normales de testosterona, pero los derivados del conducto de Wolff que dan lugar a elementos del sistema reproductivo masculino permanecen subdesarrollados. Los conductos müllerianos son destruidos por la acción de la hormona antimülleriana secretada por las células de Sertoli . Los testículos están ubicados en la región abdominal o inguinal y en el período pospuberal se caracterizan por células de Leydig inmaduras y túbulos seminíferos con células de Sertoli inmaduras y gonocitos primitivos , cuyo desarrollo no va más allá de la etapa de espermatogonias . En algunos casos, en pacientes con AIS completamente desarrollado, los genitales externos al nacer son consistentes con el fenotipo femenino y están representados por una bolsa vaginal que termina ciegamente , y el desarrollo mamario comienza durante la adolescencia. En otros casos, cuando el AIS no se expresa por completo, los genitales son hipospádicos y no corresponden a un fenotipo puramente masculino o femenino. Finalmente, en la AIS leve, los pacientes se caracterizan por un fenotipo masculino relativamente normal e infertilidad o atrofia muscular en la edad adulta debido al síndrome de Kennedy . En la primera infancia y después de la pubertad, los pacientes con AIS tienen niveles plasmáticos de testosterona que corresponden o están ligeramente por encima de los niveles normales de esta hormona en los hombres, así como niveles elevados de hormona luteinizante . Sin embargo, en condiciones de insensibilidad total o parcial a la testosterona, comienzan a predominar los efectos del estrógeno , que se forma durante la aromatización de la testosterona [60] .
El síndrome de Kennedy, también conocido como atrofia muscular espinobulbar (es decir, asociada con la médula espinal y el bulbo raquídeo ) , se desarrolla cuando el número de repeticiones CAG en el AR aumenta a 40-62 repeticiones. Los pacientes con síndrome de Kennedy desarrollan déficits neurológicos progresivos debido a la degeneración de las neuronas motoras espinales y la subsiguiente debilidad muscular; por lo general, la enfermedad se manifiesta a la edad de 40-60 años. Las manifestaciones neurológicas del síndrome de Kennedy se explican por el hecho de que las proteínas que contienen regiones de poliglutamina excesivamente largas inducen la apoptosis en las neuronas , característica de muchas enfermedades neurodegenerativas . Curiosamente, el síndrome de Kennedy a menudo se acompaña de insensibilidad a los andrógenos, ya que un AR con una región de poliglutamina demasiado larga no puede funcionar normalmente [11] .
Existe amplia evidencia que vincula el receptor de andrógenos y la enfermedad cardiovascular . Según datos epidemiológicos y clínicos, los andrógenos actúan como factores independientes para una mayor susceptibilidad a la aterosclerosis en los hombres a través de efectos adversos sobre los lípidos , la presión arterial y el metabolismo de la glucosa . Hay evidencia de que los andrógenos están involucrados en el desarrollo prematuro de insuficiencia coronaria en atletas. Al mismo tiempo, la falta de andrógenos, especialmente de testosterona, provocada por el envejecimiento en el hombre o la ovariectomía bilateral en la mujer, se asocia con la aparición de hipertensión , diabetes , aterosclerosis, y la terapia de reemplazo de testosterona ha demostrado ser eficaz en estos pacientes. En concentraciones fisiológicas normales, la testosterona puede tener un efecto beneficioso sobre el sistema circulatorio , mejorando la actividad anticoagulante y puede exhibir efectos antitrombóticos . Además, el uso a corto plazo de testosterona en hombres con insuficiencia coronaria redujo la isquemia miocárdica y mejoró la función vasomotora endotelial. Sin embargo, los datos sobre la participación de los andrógenos en la protección contra la aterosclerosis siguen siendo controvertidos [43] .
Para su desarrollo y funcionamiento holístico, la glándula prostática necesita andrógenos. La disfunción congénita del receptor de andrógenos o de la 5-alfa reductasa en los hombres da como resultado un desarrollo nulo o mínimo de la glándula prostática. Lo mismo es cierto para los machos de otros animales. Una semana después de la castración , la próstata de rata macho sufre una degeneración debido a la apoptosis de las células epiteliales ( los niveles de andrógenos son insuficientes para mantener la integridad de la próstata después de la extirpación de los testículos ). Los andrógenos también se encuentran entre los factores que estimulan el desarrollo del cáncer de próstata. Los estudios de individuos eunucoides han demostrado que su próstata permanece pequeña y no sufre hipertrofia o malignidad. Además, los modelos animales de carcinogénesis en la próstata requieren la presencia de testículos o andrógenos exógenos para apoyar el desarrollo del tumor. En ratones transgénicos con sobreexpresión de AR en la próstata, las células epiteliales de la próstata se renuevan mucho más rápido de lo normal, y la neoplasia intraepitelial prostática (neoplasia maligna ) en tales ratones aparece mucho antes. Aunque la necesidad de andrógenos para el desarrollo del cáncer de próstata no está en duda, es difícil establecer una relación entre el nivel relativo de andrógenos en la sangre y el riesgo de desarrollar cáncer de próstata. Se han propuesto diferencias raciales en los niveles de andrógenos circulantes para explicar las diferencias en la incidencia y gravedad del cáncer de próstata. Sin embargo, los datos sobre la relación entre el nivel de andrógenos en la sangre y el riesgo de desarrollar cáncer de próstata son muy contradictorios y no hay una decisión final sobre este tema. Quizás la inconsistencia de los datos se deba a la actividad variable de los receptores de andrógenos, que pueden desempeñar un papel extremadamente importante en el desarrollo del cáncer de próstata [11] .
Se ha demostrado que la diversidad genética en el locus AR está asociada con el riesgo de cáncer de próstata. En particular, se ha encontrado que el número de repeticiones en la región de repetición CAG está inversamente relacionado con la actividad AR. La manifestación de esto a nivel celular es específica de tejido debido a que la región de poliglutamina en el dominio N-terminal afecta la interacción del receptor con p160 y otros coactivadores. Varios estudios han demostrado que cuanto más corta es la región de repetición CAG en el dominio AR N-terminal, más agresivo es el tumor, más temprano es el inicio del desarrollo del cáncer y mayor es la probabilidad de recurrencia. Sin embargo, otros estudios han aportado datos diferentes. Otros cambios en el AR , como en la región 5' no traducida , se han relacionado con el riesgo de cáncer de próstata , pero estas asociaciones aún no se han explicado. A diferencia del síndrome de insensibilidad a los andrógenos, para el cual se han identificado muchas mutaciones causales, existen pocas mutaciones que predisponen al cáncer de próstata. Sin embargo, una de esas mutaciones heredadas (mutación sin sentido) se encontró en Finlandia [11] .
En las células de cáncer de próstata, el gen AR a veces sufre varios cambios. Se ha encontrado que las células del cáncer de próstata, al igual que las células del epitelio prostático del que se originaron, retienen la necesidad de andrógenos, y en condiciones de deficiencia de andrógenos mueren. De hecho, en el 80% de los casos, las células del cáncer de próstata responden a la ausencia de andrógenos. Sin embargo, en condiciones de terapia destinadas a reducir el nivel de andrógenos (por ejemplo, como resultado de la castración), el gen AR de estas células puede sufrir ciertos cambios. Así, en el 25-30% de los pacientes que se someten a dicho tratamiento, el gen AR sufre una amplificación, lo que aumenta el número de receptores de andrógenos en las células tumorales y les ayuda a sobrevivir en condiciones de bajos niveles de andrógenos. En otros casos, los cambios conducen a un aumento de la sensibilidad del receptor a los agonistas endógenos, le permiten reconocer una gama más amplia de agonistas o reducen su sensibilidad a los antiandrógenos [11] .
Otros tipos de cáncerHasta la década de 1970, el cáncer de mama se trataba con cierto éxito con andrógenos (testosterona, dihidrosterona, fluoximesterona ). Sin embargo, más tarde resultó que en las mujeres que padecen cáncer de mama, hay un aumento del nivel de andrógenos en la sangre. De hecho, el grupo de riesgo para el cáncer de mama son las mujeres en el período premenopáusico y posmenopáusico con altos niveles de estrógenos, testosterona y andrógenos suprarrenales en la sangre. Un estudio en modelo animal mostró que la exposición combinada a estrógenos y testosterona indujo la proliferación de células mamarias, la sobreexpresión de receptores de andrógenos y la activación de genes diana de estrógenos, todo lo cual fue abolido por la terapia antiandrogénica. Sin embargo, el desarrollo de antiandrógenos específicos para el cáncer de mama está en pañales, aunque la presencia de receptores de andrógenos en este tejido se conoce desde hace casi 50 años [30] .
Es posible que los receptores de andrógenos estén involucrados en el desarrollo del carcinoma de glándulas salivales [61] . Además, se ha sugerido que los andrógenos (particularmente la dihidrosterona) están involucrados en el desarrollo del cáncer de ovario [62] .