Androgen receptor-dependent and independent functions of ARIP4

Androgen receptor (AR) is necessary for normal male phenotype development and essential for spermatogenesis. AR is a classical steroid receptor mediating actions of male sex steroids testosterone and 5-alpha-dihydrotestosterone. Numerous coregulators interact with the receptor and regulate AR activity on target genes. This study deals with the characterization of androgen receptor-interacting protein 4 (ARIP4). ARIP4 binds DNA, interacts with AR in vitro and in cultured yeast and mammalian cells, and modulates AR-dependent transactivation. ARIP4 is an active DNA-dependent ATPase, and this enzymatic activity is essential for the ability of ARIP4 to modulate AR function. On the basis of sequence homology in its ATPase domain, ARIP4 belongs to the SNF2 family of proteins involved in chromatin remodeling, DNA repair, and homologous recombination. Similar to its closest homologs ATRX and Rad54, ARIP4 does not seem to be a classical chromatin remodeling protein in that it does not appear to form large protein complexes in vivo or remodel mononucleosomes in vitro. However, ARIP4 is able to generate superhelical torsion on linear DNA fragments. ARIP4 is covalently modified by SUMO-1, and mutation of six potential SUMO attachment sites abolishes the ability of ARIP4 to bind DNA, hydrolyze ATP, and activate AR function. ARIP4 expression starts in early embryonic development. In mouse embryo ARIP4 is present mainly in the neural tube and limb buds. In adult mouse tissues ARIP4 expression is virtually ubiquitous. In mouse testis ARIP4 is expressed in the nuclei of Sertoli cells in a stage-dependent manner. ARIP4 is also present in the nuclei of Leydig cells, spermatogonia, pachytene and diplotene spermatocytes. Testicular expression pattern of ARIP4 does not differ significantly in wild-type, FSHRKO, and LuRKO mice. In the testis of hpg mice, ARIP4 is found mainly in interstitial cells and has very low, if any, expression in Sertoli and germ cells. Heterozygous Arip4+/ mice are fertile and appear normal; however, they are haploinsufficient with regard to androgen action in Sertoli cells. In contrast, Arip4 / embryos are not viable. They have significantly reduced body size at E9.5 and die by E11.5. Compared to wild-type littermates, Arip4 / embryos possess a higher percentage of apoptotic cells at E9.5 and E10.5. Fibroblasts derived from Arip4 / embryos cease growing after 2-3 passages and exhibit a significantly increased apoptosis and decreased proliferation rate than cells from wild-type embryos. Our findings demonstrate that ARIP4 plays an essential role in mouse embryonic development. In addition, testicular expression and AR coregulatory activity of ARIP4 suggest a role of ARIP4-AR interaction in the somatic cells of the testis.

Androgeenireseptori (AR) säätelee miessukuhormonien toimintaa elimistössä. Se on välttämätön miehisten piirteiden normaalille kehitykselle. Monet proteiinit vuorovaikuttavat AR:n kanssa säädellen sen aktiivisuutta. Tämä tutkimus selvittää erään androgeenireseptorin kanssa vuorovaikuttavan proteiini 4:n (ARIP4) ominaisuuksia. ARIP4 sitoutuu deoksiribonukleiinihappoon (DNA:han), vuorovaikuttaa AR:n kanssa ja säätelee reseptorin aktiivisuutta. ARIP4 katalysoi adenosiinitrifosfaatin (ATP:n) hydrolyysiä DNA:sta riippuvala tavalla. Tämä entsymaattinen aktiivisuus on välttämätön AR:n toiminnan säätelyssä. Tunnistimme ne ARIP4-proteiinin alueet, jotka ovat tärkeitä sekä entsymaattiselle aktiivisuudelle että kyvylle sitoutua reseptoriin ja DNA:han. Tutkimme myös ARIP4:n ilmentymistä ja toimintaa sekä hiiren alkiossa että aikuisessa hiiressä. ARIP4 ilmentyy jo hiiren alkionkehityksen alkuvaiheessa. Proteiinin pääasialliset ilmentymispaikat ovat kehittyvä hermosto ja raajat. Aikuisella hiirellä ARIP4 ilmentyy lähes kaikissa kudoksissa. ARIP4 ilmentyy hiiren kiveksen erilaisissa solutyypeissä, ja AR ilmentyy sen kanssa osin samoissa kiveksen solutyypeissä. ARIP4 sääteleekin reseptorin aktiivisuutta näissä soluissa. Mielenkiintoinen havaintomme on ARIP4 ilmentyminen myös sukusoluissa, koska nämä solut eivät ilmennä AR-geeniä. Tuloksemme tarkoittaa sitä, että ARIP4:llä on AR:sta riippumatonta toimintaa näissä soluissa. ARIP4:n ilmentymisessä ei havaittu merkittäviä eroja kun verrattiin normaalin hiiren ja hormonaalisesti häirityiden hiirten kiveksiä. Hiiret, joiden toinen ARIP4-geenin alleeli ei toimi, ovat ilmiasultaan normaaleja. Sen sijaan ARIP4-geenin toiminnan täydellinen sammuttaminen johtaa normaalin alkiokehityksen häiriintymiseen. Tällaiset hiiren alkiot ovat paljon normaalia pienempiä, ja ne kuolevat 11 päivän kuluttua hedelmöityksestä. Niistä otetut solut kasvavat hitaammin ja kuolevat nopeammin kuin normaalista alkiosta otetut solut. ARIP4:llä on siis tärkeä tehtävä hiiren alkionkehityksessä. Tuloksemme osoittavat, että ARIP4 toimii hiiren alkionkehityksen aikana AR:stä riippumattomalla tavalla osallistuen mm. solujen kasvun ja ohjelmoidun kuoleman säätelyyn. Lisäksi ARIP4:llä on sekä reseptorista riippuvia että riippumattomia tehtäviä aikuisen hiiren kiveksessä.