L'impact des cellules dendritiques dans la dérégulation des cellules B dans un contexte d'infection au virus d'immunodéficience humaine

Les cellules dendritiques (DC) sont parmi les premières cellules à rencontrer le virus d’immunodéficience humaine (VIH) au niveau des muqueuses. De plus, le fait que les DC sont, de manière directe ou indirecte par le virus et ses composantes, altérées tant par leur nombre, leur phénotype et leur fonction suggère leur implication dans les dérégulations des cellules B. Selon cette hypothèse, des études longitudinales impliquant des individus infectés au VIH-1 présentant différents profils de progression clinique menées dans notre laboratoire ont démontré que les altérations des cellules B sont concomitantes à une augmentation de l’expression de BLyS/BAFF dans le sang ainsi que par les DC myéloïdes (mDC) sanguines. De plus, lors de travaux antérieurs utilisant le modèle murin VIH-transgénique, les altérations des cellules B ont démontré une implication des DC et d’un excès de BLyS/BAFF, et ce, dépendamment du facteur négatif du VIH (Nef). Dans cette optique, nous investiguons dans cette présente étude l’implication de Nef dans la modulation du phénotype des DC ainsi que dans les dérégulations des cellules B. Chez tous les patients virémiques infectés au VIH-1, nous avons détecté la présence de Nef dans le plasma ainsi qu’au niveau des mDC et de leurs précurseurs d’origine monocytaire, tout au long du suivi de la progression clinique et au-delà de la thérapie antirétrovirale (ART). La surexpression de BLyS/BAFF est associée à la présence de Nef au niveau des mDC et de leur précurseur.. Des essais in vitro ont permis de démontrer l’induction d’un phénotype proinflammatoire par des mDC dérivés de monocytes lorsqu’en présence de Nef soluble, via l’augmentation de l’expression de BLyS/BAFF et de TNF-α, et où cet effet est bloqué par l’ajout de l’acide rétinoïque. Nos résultats suggèrent donc que Nef est impliquée dans le déclenchement et la persistance des dérégulations des cellules B retrouvées chez les individus infectés au VIH-1. Basé sur nos observations, une thérapie adjointe impliquant le blocage de BLyS/BAFF et/ou Nef pourrait contribuer au contrôle de l’inflammation et des altérations des cellules B. De plus, la quantification de Nef post-ART pourrait s’avérer utile dans l’évaluation du statut des réservoirs. Précédemment, nous avons démontré que les dérégulations des cellules B sanguines de ces mêmes individus présentant un profil de progression rapide et classique sont accompagnées par l’augmentation de la fréquence d’une population partageant des caractéristiques des cellules B transitionnelles immatures (TI) et des cellules B de la zone marginale (ZM), que nous avons nommé les cellules B précurseur de la ZM. Toutefois, cette population est préservée chez les contrôleurs élites, chez qui nous avons trouvé une diminution significative de la fréquence des cellules B de la ZM présentant des marqueurs phénotypiques plus matures. Récemment, ces cellules ont été associées à un potentiel de fonction régulatrice (Breg), motivant ainsi notre poursuite, dans cette étude, de la caractérisation de ces cellules B. Comme pour les individus non infectés au VIH-1, nous avons démontré que les cellules B matures de la ZM contrôlent leur capacité de production d’IL-10 chez les contrôleurs élites, contrairement à une augmentation chez les progresseurs rapides et classiques. Aussi, les cellules B précurseur de la ZM des contrôleurs élites fournissent une expression importante de LT-α lorsque comparés aux individus non infectés au VIH-1, alors que cet apport de LT-α est attribué aux cellules B TI chez les progresseurs. Le contrôle de la progression clinique semble associé à un ratio en faveur de LT-α vs IL-10 au niveau des cellules B précurseur de la ZM. Nos résultats suggèrent qu’un maintien de l’intégrité du potentiel régulateur ainsi qu’une expression augmentée de LT-α par les cellules B de première ligne, telles les populations de la ZM, sont impliqués dans le contrôle de la progression clinique du VIH-1, possiblement par leur contribution à la modulation et l’homéostasie immunitaire. De telles populations doivent être considérées lors de l’élaboration de vaccins, ces derniers cherchant à générer une réponse protectrice de première ligne et adaptative.

Study of nuclear receptor dynamics by BRET

Les récepteurs nucléaires (RN) sont des facteurs de transcription ligand dépendants qui contrôlent une grande variété de processus biologiques de la physiologie humaine, ce qui a fait d'eux des cibles pharmacologiques privilégiées pour de nombreuses maladies. L'un de ces récepteurs, le récepteur de l’œstrogène alpha (ERα), peut activer la prolifération cellulaire dans certaines sections de l'épithélium mammaire tandis qu’un autre, le récepteur de l'acide rétinoïque alpha (RARα), peut provoquer un arrêt de la croissance et la différenciation cellulaire. La signalisation de ces deux récepteurs peut être altérée dans le cancer du sein, contribuant à la tumorigénèse mammaire. L’activité d’ERα peut être bloquée par les anti-oestrogènes (AE) pour inhiber la prolifération des cellules tumorales mammaires. Par contre, l’activation des voies de RARα avec des rétinoïdes dans un contexte clinique a rencontré peu de succès. Ceci pourrait résulter du manque de spécificité des ligands testés pour RARα et/ou de leur activité seulement dans certains sous-types de tumeurs mammaires. Puisque les récepteurs nucléaires forment des homo- et hétéro-dimères, nous avons cherché à développer de nouveaux essais pharmacologiques pour étudier l'activité de complexes dimériques spécifiques, leur dynamique d’association et la structure quaternaire des récepteurs des œstrogènes. Nous décrivons ici une nouvelle technique FRET, surnommée BRET avec renforcement de fluorescence par transferts combinés (BRETFect), qui permet de détecter la formation de complexes de récepteurs nucléaires ternaires. Le BRETFect peut suivre l'activation des hétérodimères ERα-ERβ et met en évidence un mécanisme allostérique d'activation que chaque récepteur exerce sur son partenaire de dimérisation. L'utilisation de BRETFect en combinaison avec le PCA nous a permis d'observer la formation de multimères d’ERα fonctionnels dans des cellules vivantes pour la première fois. La formation de multimères est favorisée par les AE induisant la dégradation du récepteur des oestrogènes, ce qui pourrait contribuer à leurs propriétés spécifiques. Ces essais de BRET apportent une nette amélioration par rapport aux tests de vecteurs rapporteur luciférase classique, en fournissant des informations spécifiques aux récepteurs en temps réel sans aucune interférence par d'autres processus tels que la transcription et de la traduction. L'utilisation de ces tests nous a permis de caractériser les propriétés de modulation de l’activité des récepteurs nucléaires d’une nouvelle classe de molécules hybrides qui peuvent à la fois lier ERa ou RAR et inhiber les HDACs, conduisant au développement de nouvelles molécules prometteuses bifonctionnelles telles que la molécule hybride RAR-agoniste/HDACi TTNN-HA.

Nouvelle approche immunothérapeutique afin de traiter le neuroblastome réfractaire chez l’enfant

Malgré plusieurs chimiothérapies suivies d’une transplantation et d’une immunothérapie, 40% des patients avec un neuroblastome (NB) à haut risque subissent une progression de la maladie ou une rechute. L’échec de ces traitements est attribué à la présence de cellules initiatrices de tumeur (TIC) qui expriment le marqueur CD133 et qui sont souvent résistantes aux agents chimiothérapeutiques. Les cellules Natural Killer (NK), qui possèdent un effet anti-tumoral, peuvent être utilisées dans le cadre du développement de nouvelles approches immuno-thérapeutiques. Nous posons l’hypothèse que les cellules NK activées éliminent efficacement les TIC et contribuent à la réduction des risques de rechute. De plus, il est possible d’augmenter l’effet anti-tumoral des cellules NK contre le NB. L’activité cytotoxique des cellules NK est augmentée par des cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDC) activées. A la suite de la stimulation de leurs récepteurs Toll-like les pDC produisent de grandes quantités d'interféron-alpha (IFN-α). Nous avons étudié les propriétés lytiques des cellules NK contre des lignées cellulaires de NB à la suite de leur activation par l’IFN-α ou des pDC activées. Nos résultats révèlent une augmentation de l’activité cytolytique des cellules NK contre ces lignées en réponse à une stimulation par les pDC activées. De plus, les cellules de NB CD133+ ou celles résistantes à l’immunothérapie dirigée contre le GD2 sont sensibles à la lyse médiée par les cellules NK stimulées par les pDC. Nous avons examiné les mécanismes cellulaires impliqués dans la lyse des cellules de NB. Nous montrons que cette cytotoxicité est médiée en partie par TRAIL induisant l'apoptose et en partie par la libération des granules cytotoxiques. Ainsi, ces résultats permettent de proposer une nouvelle approche immuno-thérapeutique complémentaire au traitement par l’anticorps anti-GD2 pour les patients atteints de NB à haut risque.

Die Rolle des Zelladhäsionsmoleküls L1 in der Tumorprogression

Das neuronale Adhäsionsmolekül L1 wird neben den Zellen des Nervensystems auf vielen humanen Tumoren exprimiert und ist dort mit einer schlechten Prognose für die betroffenen Patienten assoziiert. Zusätzlich zu seiner Funktion als Oberflächenmolekül kann L1 durch membranproximale Spaltung in eine lösliche Form überführt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von L1 auf die Motilität von Tumorzellen untersucht. Lösliches L1 aus Asziten führte zu einer Integrin-vermittelten Zellmigration auf EZM-Substraten. Derselbe Effekt wurde durch Überexpression von L1 in Tumorlinien beobachtet. Weiterhin führt die L1-Expression zu einer erhöhten Invasion, einem verstärkten Tumorwachstum in NOD/SCID Mäusen und zur konstitutiven Aktivierung der MAPK ERK1/2. Eine Mutation in der zytoplasmatischen Domäne von hL1 (Thr1247Ala/Ser1248Ala)(hL1mut) führte hingegen zu einer Blockade dieser Funktionen. Dies weist daraufhin, dass nicht nur lösliches L1, sondern auch die zytoplasmatische Domäne von L1 funktionell aktiv ist. Im zweiten Teil der Arbeit wurde der Mechanismus, der L1-vermittelten Signaltransduktion untersucht. Die zytoplasmatische Domäne von L1 gelangt nach sequenzieller Proteolyse durch ADAM und Presenilin-abhängiger γ-Sekretase Spaltung in den Zellkern. Diese Translokation im Zusammenspiel mit der Aktivierung der MAPK ERK1/2 durch L1-Expression führt zu einer L1-abhängigen Genregulation. Die zytoplasmatische Domäne von hL1mut konnte ebenfalls im Zellkern detektiert werden, vermittelte jedoch keine Genregulation und unterdrückte die ERK1/2 Phosphorylierung. Die L1-abhängige Induktion von ERK1/2-abhängigen Genen wie Cathepsin B, β3 Integrin und IER 3 war in Zellen der L1-Mutante unterdrückt. Die Expression des Retinsäure-bindenden Proteins CRABP-II, welches in hL1 Zellen supprimiert wird, wurde in der L1-Mutante nicht verändert. Weitere biochemische Untersuchungen zeigen, dass die zytoplasmatische Domäne von L1 Komplexe mit Transkriptionsfaktoren bilden kann, die an Promoterregionen binden können. Die dargestellten Ergebnisse belegen, dass L1-Expression in Tumoren an drei Funktionen beteiligt ist; (i) L1 erhöht Zellmotilität, (ii) fördert Tumorprogression durch Hochregulation von pro-invasiven und proliferationsfördernden Genen nach Translokation in den Nukleus und (iii) schützt die Zellen mittels Regulation pro- bzw. anti-apoptotischer Gene vor Apoptose. Die mutierte Phosphorylierungsstelle im L1-Molekül ist essentiell für diese Prozesse. Die Anwendung neuer Therapien für Patienten mit L1-positiven Karzinomen kann mit Hinblick auf die guten Erfolge der Antikörper-basierenden Therapie mit dem mAk L1-11A diskutiert werden.

Highly efficient neural differentiation of human somatic stem cells, isolated by minimally invasive periodontal surgery

Neural stem cells (NSCs) are potential sources for cell therapy of neurodegenerative diseases and for drug screening. Despite their potential benefits, ethical and practical considerations limit the application of NSCs derived from human embryonic stem cells (ES) or adult brain tissue. Thus, alternative sources are required to satisfy the criteria of ready accessibility, rapid expansion in chemically defined media and reliable induction to a neuronal fate. We isolated somatic stem cells from the human periodontium that were collected during minimally invasive periodontal access flap surgery as part of guided tissue regeneration therapy. These cells could be propagated as neurospheres in serum-free medium, which underscores their cranial neural crest cell origin. Culture in the presence of epidermal growth factor (EGF) and fibroblast growth factor-2 (FGF-2) under serum-free conditions resulted in large numbers of nestin-positive/Sox-2-positive NSCs. These periodontium-derived (pd) NSCs are highly proliferative and migrate in response to chemokines that have been described as inducing NSC migration. We used immunocytochemical techniques and RT-PCR analysis to assess neural differentiation after treatment of the expanded cells with a novel induction medium. Adherence to substrate, growth factor deprivation, and retinoic acid treatment led to the acquisition of neuronal morphology and stable expression of markers of neuronal differentiation by more than 90% of the cells. Thus, our novel method might provide nearly limitless numbers of neuronal precursors from a readily accessible autologous adult human source, which could be used as a platform for further experimental studies and has potential therapeutic implications.

Retinoid-Related Receptor (ROR) alpha mRNA Expression Is Altered in the Brain of Male Mice Lacking All Ligand-Binding Thyroid Hormone Receptor (TR) Isoforms

In the vertebrate brain, the thalamus serves as a relay and integration station for diverse neuronal information en route from the periphery to the cortex. Deficiency of TH during development results in severe cerebral abnormalities similar to those seen in the mouse when the retinoic acid receptor (ROR)α gene is disrupted. To investigate the effect of the thyroid hormone recep-tors (TRs) on RORalpha gene expression, we used intact male mice, in which the genes encoding the α and beta TRs have been deleted. In situ hybridization for RORalpha mRNA revealed that this gene is expressed in specific areas of the brain including the thalamus, pons, cerebellum, cortex, and hippocampus. Our quantitative data showed differences in RORalpha mRNA expression in different subthalamic nuclei between wild-type and knock-out mice. For example, the centromedial nucleus of the thalamus, which plays a role in mediating nociceptive and visceral information from the brainstem to the basal ganglia and cortical regions, has less expression of RORalpha mRNA in the knockout mice (-37%) compared to the wild-type controls. Also, in the dorsal geniculate (+72%) and lateral posterior nuclei (+58%) we found more RORalpha mRNA in dKO as compared to dWT animals. Such differences in RORalpha mRNA expression may play a role in the behavioral alterations resulting from congenital hypothyroidism.

The Impact of Vitamin A Supplementation on the Immune System of Vitamin A-deficient Children

Background & Aims: To investigate the effect of vitamin A supplementation on parameters of the immune system of vitamin A-deficient children. Methods: The study was carried out in four phases: 1) determination of serum retinol in 631 children from 36 to 83 months of age; 2) assessment of immunological markers [immunoglobulins and complement fractions, immunophenotyping of T and B lymphocytes, and natural killer (NK) cells], blood count, and serum ferritin of 52 vitamin A-deficient children (serum retinol <0.70 mu mol/L); 3) supplementation of the 52 deficient children with 200,000 IU of vitamin A; 4) determination of serum retinol and the immunological parameters 2 months after vitamin A supplementation. Results: Before vitamin A supplementation, 24.0% of the children were anemic and 4.3 %had reduced ferritin concentrations. There was no significant difference between mean values of retinol according to the presence/absence of anemia. The mean values of the humoral and cellular immunological parameters did not show a statistically significant difference before and after supplementation with vitamin A. Children with concomitant hypovitaminosis A and anemia presented a significant increase in absolute CD4 and CD8 T-cell counts after vitamin A supplementation (p < 0.05). Conclusion: Vitamin A had an effect on the recruitment of T and B lymphocytes to the circulation of children with hypovitaminosis A and anemia.

Mechanism of acetylcholine-induced calcium signaling during neuronal differentiation of P19 embryonal carcinoma cells in vitro

Muscarinic (mAChRs) and nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) are involved in various physiological processes, including neuronal development. We provide evidence for expression of functional nicotinic and muscarinic receptors during differentiation of P19 carcinoma embryonic cells, as an in vitro model of early neurogenesis. We have detected expression and activity alpha(2)-alpha(7), beta(2), beta(4) nAChR and M1-M5 mAChR subtypes during neuronal differentiation. Nicotinic alpha(3) and beta(2) mRNA transcription was induced by addition of retinoic acid to P19 cells. Gene expression Of alpha(2), alpha(4)-alpha(7), beta(4) nAChR subunits decreased during initial differentiation and increased again when P19 cells underwent final maturation. Receptor response in terms of nicotinic agonist-evoked Ca2+, flux was observed in embryonic and neuronal-differentiated cells. Muscarinic receptor response, merely present in undifferentiated P19 cells, increased during neuronal differentiation. The nAChR-induced elevation of intracellular calcium ([Ca2+](i)) response in undifferentiated cells was due to Ca2+ influx. In differentiated P19 neurons the nAChR-induced [Ca2+](i) response was reduced following pretreatment with ryanodine, while the mAChR-induced response was unaffected indicating the contribution of Ca2+ release from ryanodine-sensitive stores to nAChR- but not mAChR-mediated Ca2+ responses. The presence of functional nAChRs in embryonic cells suggests that these receptors are involved in triggering Ca2+ waves during initial neuronal differentiation. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Long-Term Culture of Mouse Embryonic Stem Cell-Derived Adherent Neurospheres and Functional Neurons

Innumerous protocols, using the mouse embryonic stem (ES) cells as model for in vitro study of neurons functional properties and features, have been developed. Most of these protocols are short lasting, which, therefore, does not allow a careful analysis of the neurons maturation, aging, and death processes. We describe here a novel and efficient long-lasting protocol for in vitro ES cells differentiation into neuronal cells. It consists of obtaining embryoid bodies, followed by induction of neuronal differentiation with retinoic acid of nonadherent embryoid bodies (three-dimensional model), which further allows their adherence and formation of adherent neurospheres (AN, bi-dimensional model). The AN can be maintained for at least 12 weeks in culture under repetitive mechanical splitting, providing a constant microenvironment (in vitro niche) for the neuronal progenitor cells avoiding mechanical dissociation of AN. The expression of neuron-specific proteins, such as nestin, sox1, beta III-tubulin, microtubule-associated protein 2, neurofilament medium protein, Tau, neuronal nuclei marker, gamma-aminobutyric acid, and 5-hydroxytryptamine, were confirmed in these cells maintained during 3 months under several splitting. Additionally, expression pattern of microtubule-associated proteins, such as lissencephaly (Lis1) and nuclear distribution element-like (Ndel1), which were shown to be essential for differentiation and migration of neurons during embryogenesis, was also studied. As expected, both proteins were expressed in undifferentiated ES cells, AN, and nonrosette neurons, although presenting different spatial distribution in AN. In contrast to previous studies, using cultured neuronal cells derived from embryonic and adult tissues, only Ndel1 expression was observed in the centrosome region of early neuroblasts from AN. Mature neurons, obtained from ES cells in this work, display ionic channels and oscillations of membrane electrical potential typical of electrically excitable cells, which is a characteristic feature of the functional central nervous system (CNS) neurons. Taken together, our study demonstrated that AN are a long-term culture of neuronal cells that can be used to analyze the process of neuronal differentiation dynamics. Thus, the protocol described here provides a new experimental model for studying neurological diseases associated with neuronal differentiation during early development, as well as it represents a novel source of functional cells that can be used as tools for testing the effects of toxins and/or drugs on neuronal cells.

BCR-ABL-mediated upregulation of PRAME is responsible for knocking down TRAIL in CML patients

Tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand-TNFSF10 (TRAIL), a member of the TNF-alpha family and a death receptor ligand, was shown to selectively kill tumor cells. Not surprisingly, TRAIL is downregulated in a variety of tumor cells, including BCR-ABL-positive leukemia. Although we know much about the molecular basis of TRAIL-mediated cell killing, the mechanism responsible for TRAIL inhibition in tumors remains elusive because (a) TRAIL can be regulated by retinoic acid (RA); (b) the tumor antigen preferentially expressed antigen of melanoma (PRAME) was shown to inhibit transcription of RA receptor target genes through the polycomb protein, enhancer of zeste homolog 2 (EZH2); and (c) we have found that TRAIL is inversely correlated with BCR-ABL in chronic myeloid leukemia (CML) patients. Thus, we decided to investigate the association of PRAME, EZH2 and TRAIL in BCR-ABL-positive leukemia. Here, we demonstrate that PRAME, but not EZH2, is upregulated in BCR-ABL cells and is associated with the progression of disease in CML patients. There is a positive correlation between PRAME and BCR-ABL and an inverse correlation between PRAME and TRAIL in these patients. Importantly, knocking down PRAME or EZH2 by RNA interference in a BCR-ABL-positive cell line restores TRAIL expression. Moreover, there is an enrichment of EZH2 binding on the promoter region of TRAIL in a CML cell line. This binding is lost after PRAME knockdown. Finally, knocking down PRAME or EZH2, and consequently induction of TRAIL expression, enhances Imatinib sensibility. Taken together, our data reveal a novel regulatory mechanism responsible for lowering TRAIL expression and provide the basis of alternative targets for combined therapeutic strategies for CML. Oncogene (2011) 30, 223-233; doi:10.1038/onc.2010.409; published online 13 September 2010

It takes guts for tolerance: The phenomenon of oral tolerance and the regulation of autoimmune response

The intestinal tract is a peculiar environment due to its constant contact with the microbiota agents, food antigens and other molecules. Such exposure requires the establishment of important regulatory mechanisms in order to avoid inflammatory response and self aggression. In this context, the GALT plays a very relevant role due to the presence of several different cellular populations which are the main players in this phenomenon. Moreover, it was described a while ago that the oral ingestion of a given molecule is able to induce systemic tolerance to the same molecule when it is used as an immunogen by parenteral route, known as oral tolerance. This observation led researches to use these mechanisms to induce tolerance against cognate antigens of different autoimmune diseases. In this context, in this review we focused on several tolerance inducing mechanisms which are relevant not only for the maintenance of intestinal tract but also for the suppression of T effector cells, such as Th1, Th2 and the newly described Th17 cells. To name a few, CD103(+) dendritic cells, Tr1 cells derived IL-10 secretion, Foxp3 conversion and CD4(+)LAP(+) regulatory cells induction are among the recently described features of the tolerogenic environment of the intestinal tract. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Only subtle protein conformational adaptations are required for ligand binding to thyroid hormone receptors: Simulations using a novel multipoint steered molecular dynamics approach

Thyroid hormone receptors (TR) are hormone-dependent transcription regulators that play a major role in human health, development, and metabolic functions. The thyroid hormone resistance syndrome, diabetes, obesity, and some types of cancer are just a few examples of important diseases that are related to TR malfunctioning, particularly impaired hormone binding. Ligand binding to and dissociation from the receptor ultimately control gene transcription and, thus, detailed knowledge of binding and release mechanisms are fundamental for the comprehension of the receptor`s biological function and development of pharmaceuticals. In this work, we present the first computational study of ligand entry into the ligand binding domain (LBD) of a nuclear receptor. We report molecular dynamics simulations of ligand binding to TRs using a generalization of the steered molecular dynamics technique designed to perform single-molecule pulling simulations along arbitrarily nonlinear driving pathways. We show that only gentle protein movements and conformational adaptations are required for ligand entry into the LBDs and that the magnitude of the forces applied to assist ligand binding are of the order of the forces involved in ligand dissociation. Our simulations suggest an alternative view for the mechanisms ligand binding and dissociation of ligands from nuclear receptors in which ligands can simply diffuse through the protein surface to reach proper positioning within the binding pocket. The proposed picture indicates that the large-amplitude protein motions suggested by the apo- and holo-RXR alpha crystallographic structures are not required, reconciling conformational changes of LBDs required for ligand entry with other nuclear receptors apo-structures that resemble the ligand-bound LBDs.

Ligand dissociation from estrogen receptor is mediated by receptor dimerization: Evidence from molecular dynamics simulations

Estrogen Receptor (ER) is an important target for pharmaceutical design. Like other ligand-dependent transcription factors, hormone binding regulates ER transcriptional activity. Nevertheless, the mechanisms by which ligands enter and leave ERs and other nuclear receptors remain poorly understood. Here, we report results of locally enhanced sampling molecular dynamics simulations to identify dissociation pathways of two ER ligands [the natural hormone 17 beta-estradiol (E-2) and the selective ER modulator raloxifene (RAL)] from the human ER alpha ligand-binding domain in monomeric and dimeric forms. E-2 dissociation occurs via three different pathways in ER monomers. One resembles the mousetrap mechanism (Path I), involving repositioning of helix 12 (H12), others involve the separation of H8 and H11 (Path II), and a variant of this pathway at the bottom of the ligand-binding domain (Path II`). RAL leaves the receptor through Path I and a Path I variant in which the ligand leaves the receptor through the loop region between H11 and H12 (Path I`). Remarkably, ER dimerization strongly suppresses Paths II and II` for E-2 dissociation and modifies RAL escape routes. We propose that differences in ligand release pathways detected in the simulations for ER monomers and dimers provide an explanation for previously observed effects of ER quaternary state on ligand dissociation rates and suggest that dimerization may play an important, and hitherto unexpected, role in regulation of ligand dissociation rates throughout the nuclear receptor family.

Structural modeling of high-affinity thyroid receptor-ligand complexes

Understanding the molecular basis of the binding modes of natural and synthetic ligands to nuclear receptors is fundamental to our comprehension of the activation mechanism of this important class of hormone regulated transcription factors and to the development of new ligands. Thyroid hormone receptors (TR) are particularly important targets for pharmaceuticals development because TRs are associated with the regulation of metabolic rates, body weight, and circulating levels of cholesterol and triglycerides in humans. While several high-affinity ligands are known, structural information is only partially available. In this work we obtain structural models of several TR-ligand complexes with unknown structure by docking high affinity ligands to the receptors` ligand binding domain with subsequent relaxation by molecular dynamics simulations. The binding modes of these ligands are discussed providing novel insights into the development of TR ligands. The experimental binding free energies are reasonably well-reproduced from the proposed models using a simple linear interaction energy free-energy calculation scheme.

On the Denaturation Mechanisms of the Ligand Binding Domain of Thyroid Hormone Receptors

The ligand binding domain (LBD) of nuclear hormone receptors adopts a very compact, mostly alpha-helical structure that binds specific ligands with very high affinity. We use circular dichroism spectroscopy and high-temperature molecular dynamics Simulations to investigate unfolding of the LBDs of thyroid hormone receptors (TRs). A molecular description of the denaturation mechanisms is obtained by molecular dynamics Simulations of the TR alpha and TR beta LBDs in the absence and in the presence of the natural ligand Triac. The Simulations Show that the thermal unfolding of the LBD starts with the loss of native contacts and secondary Structure elements, while the Structure remains essentially compact, resembling a molten globule state. This differs From most protein denaturation simulations reported to date and suggests that the folding mechanism may start with the hydrophobic collapse of the TR LBDs. Our results reveal that the stabilities of the LBDs of the TR alpha and TR beta Subtypes are affected to different degrees by the binding of the isoform selective ligand Triac and that ligand binding confers protection against thermal denaturation and unfolding in a subtype specific manner. Our Simulations indicate two mechanisms by which the ligand stabilizes the LBD: (1) by enhancing the interactions between H8 and H 11, and the interaction of the region between H I and the Omega-loop with the core of the LBD, and (2) by shielding the hydrophobic H6 from hydration.