Généralités sur les récepteurs nucléaires

Les récepteurs nucléaires (NRs ; Nuclear Receptors) sont des facteurs de transcription potentiellement activables par un signal habituellement lipophile. La nature des ligands leur permet de franchir facilement les membranes cellulaires, même si des transporteurs membranaires ont parfois été décrits et d’activer leurs récepteurs dont la localisation est intra-cellulaire. Les NRs sont largement répandus dans le règne animal et semblent être apparus tôt dans l’évolution des métazoaïres (Escriva, et al., 1997). D’un point de vue fonctionnel, on peut définir trois classes de récepteurs nucléaires : les récepteurs endocriniens ayant un ligand de forte affinité, les récepteurs nucléaires orphelins « adoptés » possédant un ligand de faible affinité et les récepteurs nucléaires orphelins, pour lesquels aucun ligand naturel n’a encore été identifié à ce jour (Fig 1 ; Chawla, et al., 2001b).

Le premier NR cloné a été celui des glucocorticoïdes en 1985 (Hollenberg, et al., 1985). Entre 1985 et 1987, d’autres récepteurs ont été identifiés, notamment : ER (Estrogen Receptor), PR (Progesterone Receptor) et TR (Thyroid hormone Receptor ; pour une revue, voir McKenna et O'Malley, 2002). C’est l’observation de la forte homologie de séquence du domaine de liaison de l’ADN de tous ces récepteurs qui a permis l’identification de nouveaux gènes, dont le premier a été RARα (Retinoic Acid Receptor ; Petkovich, et al., 1987). Cette technique de criblage a été le point de départ du concept d’ « endocrinologie inverse » décrit par Kliewer et al. (Kliewer, et al., 1999), par lequel la découverte du gène codant le récepteur précède la découverte du ligand et de la fonction physiologique. Plusieurs récepteurs nucléaires sans ligand connu ont ainsi été découverts, baptisés « récepteurs nucléaires orphelins ». Bien que certains ligands soient aujourd’hui connus, certains NRs sont toujours orphelins. Chez l’homme, 48 récepteurs nucléaires ont été identifiés définis en 7 sous-familles définies d’après la classification phylogénétique de V. Laudet (Fig 2 ; Laudet, 1997). Pour établir cette classification, les séquences correspondant aux domaines C, D et E de 63 NRs ont été alignées. V. Laudet a suggéré lors de cette étude que tous les récepteurs nucléaires dérivent d’un ancêtre commun orphelin, la capacité à lier potentiellement un ligand n’étant apparue que tardivement.

Nom Nomenclature Ligand

TRα NR1A1 Hormones thyroïdiennes TRβ NR1A2 Hormones thyroïdiennes RARα NR1B1 Acide rétinoïque tout trans RARβ NR1B2 Acide rétinoïque tout trans RARγ NR1B3 Acide rétinoïque tout trans PPARα NR1C1 Acides gras, leucotriène B₄, fibrates PPARβ NR1C2 Acides gras

PPARγ NR1C3 Acides gras, prostaglandine J₂, thiazolidinediones Rev-erbα NR1D1 Orphelin

Rev-erbβ NR1D2 Orphelin

RORα NR1F1 Cholestérol, sulfate de cholestérol RORβ NR1F2 Acide rétinoïque

RORγ NR1F3 Orphelin

LXRα NR1H3 Oxystérols, T0901317, GW3965 LXRβ NR1H2 Oxystérols, T0901317, GW3965 FXRα NR1H4 Acides biliaires, fexaramine FXRβ NR1H5 Lanostérol

VDR NR1I1 Vitamine D, 1,25-dihydroxy-vitamine D₃, acide lithocholique PXR NR1I2 Xénobiotiques, 16α-cyanopregnénolone

CAR NR1I3 Xénobiotiques, phénobarbital

HNF4α NR2A1 Orphelin HNF4γ NR2A2 Orphelin RXRα NR2B1 Acide Rétinoïque RXRβ NR2B2 Acide Rétinoïque RXRγ NR2B3 Acide Rétinoïque TR2 NR2C1 Orphelin TR4 NR2C2 Orphelin TLL NR2E2 Orphelin PNR NR2E3 Orphelin COUP-TFI NR2F1 Orphelin COUP-TFII NR2F2 Orphelin EAR2 NR2F6 Orphelin

ERα NR3A1 17β-œstradiol, tamoxifène, raloxifène ERβ NR3A2 17β-œstradiol, divers composés synthétiques

ERRα NR3B1 Orphelin

ERRβ NR3B2 Diéthylstilbœstrol, 4-hydroxy-tamoxifène ERRγ NR3B3 Diéthylstilbœstrol, 4-hydroxy-tamoxifène GR NR3C1 Cortisol, dexaméthasone, RU486 MR NR3C2 Aldostérone, spirolactone

PR NR3C3 Progestérone, acétate de medroxyprogestérone, RU486 AR NR3C4 Testostérone, dihydrotestostérone, flutamide

NGFI-B NR4A1 Orphelin

NURR1 NR4A2 Orphelin

NOR1 NR4A3 Orphelin

SF1 NR5A1 Orphelin

LRH-1 NR5A2 Orphelin

GCNF NR6A1 Orphelin

DAX-1 NR0B1 Orphelin

SHP NR0B2 Orphelin

Figure 2 : Classification phylogénétique des récepteurs nucléaires

Les récepteurs sont représentés en 7 classes selon la classification phylogénétique de V. Laudet (Laudet, 1997). Les ligands les plus connus sont indiqués. Les 48 NRs humains sont représentés. FXRβ est un pseudogène chez l’homme mais est fonctionnel chez la souris. Adapté d’après Germain et al., 2006.

tis^su a^di pe tis^su a^di pe cyclophiline lxrα co^lo n oe^il co^eu r in^te stⁱⁿ reⁱⁿ fo^ie po^um on m^us cl^e

ov^ai

re

ut^ér

us

B

Figure 3 : Sites et niveaux d’expression des gènes codant LXRα et LXRβ

A : Les ARNm de deux souris sauvages ont été utilisés pour le northern blot. Le gène ancillaire est la cylophiline. D’après Repa et Mangelsdorf, 2000.

B : Profil d’expression de lxrαréalisé par qPCR normalisé par rapport à l’ARN ribosomique 18S (Bookout et Mangelsdorf, 2003).

co-répresseur co-activateur

Domaine de liaison du ligand Domaine

charnière Domaine modulateur Domaine

de liaison de l’ADN NLS Zn2+ Zn2+ AF2 Poche hydrophobe AF1 co-activateur P P P phosphorylations

?

Figure 4 : Représentation schématique d’un récepteur nucléaire

Le ligand utilisé dans ce schéma est le 22(R)-hydroxy-cholestérol. AF1 et AF2 : domaines d’activation ; P : boîte P ; D : boîte D ; CTE : extension carboxy-terminale ; NLS : signal de localisation nucléaire ; : site de phosphorylation. Pour certains récepteurs nucléaires, une interaction N-C terminale a été décrite: celle-ci impliquerait des co-activateurs. D’après Souidi et al., 2004.

P

H

OH

7 Le mode d’action des récepteurs nucléaires des hormones stéroïdes est spécifique de la sous-famille 3 des NRs. Ces hormones sont synthétisées à partir du cholestérol et leur nature dépend de leur lieu de synthèse. Il existe 5 classes d’hormones stéroïdes activant chacune un récepteur différent : les androgènes, les glucocorticoïdes, les minéralocorticoïdes, les œstrogènes et les progestines. Schématiquement, en l’absence de ligand, ces NRs sont complexés à des protéines chaperonnes de type HSP (Heat Shock Protein), les maintenant à l’état inactif. La fixation du ligand, directement ou après transformation enzymatique, entraîne le départ des protéines HSP, la translocation nucléaire du récepteur et sa dimérisation. Le dimère formé se fixe ensuite au niveau de ses éléments de réponse spécifiques et induit la transcription de ses gènes cibles.

Canoniquement, il est admis que les récepteurs des hormones non stéroïdiennes sont en permanence fixés sur leurs éléments de réponse dans les régions promotrices de leurs gènes cibles. En l’absence de ligand, le contact de co-répresseurs permet le maintien de la chromatine dans un état non permissif vis-à-vis de la transcription. L’entrée passive du ligand dans le noyau et sa fixation sur son récepteur induit l’initiation de la transcription des gènes cibles. Ces récepteurs peuvent agir sous forme d’homodimère, d’hétérodimère avec le partenaire obligatoire RXR (Retinoid X Receptor, récepteur de l’acide rétinoïque 9-cis) ou bien de monomère. Les récepteurs dimériques peuvent se fixer sur des éléments de réponse ADN définis comme des répétitions directes (Direct Repeat ; DR), des palindromes (Indirect Repeat ; IR) ou des palindromes inversés (Everted Repeat ; ER ; Glass, 1994).