A deletion in a photoreceptor-specific nuclear receptor mRNA causes retinal degeneration in the rd7 mouse

The rd7 mouse, an animal model for hereditary retinal degeneration, has some characteristics similar to human flecked retinal disorders. Here we report the identification of a deletion in a photoreceptor-specific nuclear receptor (mPNR) mRNA that is responsible for hereditary retinal dysplasia and degeneration in the rd7 mouse. mPNR was isolated from a pool of photoreceptor-specific cDNAs originally created by subtractive hybridization of mRNAs from normal and photoreceptorless rd mouse retinas. Localization of the gene corresponding to mPNR to mouse Chr 9 near the rd7 locus made it a candidate for the site of the rd7 mutation. Northern analysis of total RNA isolated from rd7 mouse retinas revealed no detectable signal after hybridization with the mPNR cDNA probe. However, with reverse transcription–PCR, we were able to amplify different fragments of mPNR from rd7 retinal RNA and to sequence them directly. We found a 380-nt deletion in the coding region of the rd7 mPNR message that creates a frame shift and produces a premature stop codon. This deletion accounts for more than 32% of the normal protein and eliminates a portion of the DNA-binding domain. In addition, it may result in the rapid degradation of the rd7 mPNR message by the nonsense-mediated decay pathway, preventing the synthesis of the corresponding protein. Our findings demonstrate that mPNR expression is critical for the normal development and function of the photoreceptor cells.

Ultraspiracle: An invertebrate nuclear receptor for juvenile hormones

Juvenile hormones (JH), a sesquiterpenoid group of ligands that regulate developmental transitions in insects, bind to the nuclear receptor ultraspiracle (USP). In fluorescence-based binding assays, USP protein binds JH III and JH III acid with specificity, adopting for each ligand a different final conformational state. JH III treatment of Saccharomyces cerevisiae expressing a LexA-USP fusion protein stabilizes an oligomeric association containing this protein, as detected by formation of a protein–DNA complex, and induces USP-dependent transcription in a reporter assay. We propose that regulation of morphogenetic transitions in invertebrates involves binding of JH or JH-like structures to USP.

The structure of the ultraspiracle ligand-binding domain reveals a nuclear receptor locked in an inactive conformation

Ultraspiracle (USP) is the invertebrate homologue of the mammalian retinoid X receptor (RXR). RXR plays a uniquely important role in differentiation, development, and homeostasis through its ability to serve as a heterodimeric partner to many other nuclear receptors. RXR is able to influence the activity of its partner receptors through the action of the ligand 9-cis retinoic acid. In contrast to RXR, USP has no known high-affinity ligand and is thought to be a silent component in the heterodimeric complex with partner receptors such as the ecdysone receptor. Here we report the 2.4-Å crystal structure of the USP ligand-binding domain. The structure shows that a conserved sequence motif found in dipteran and lepidopteran USPs, but not in mammalian RXRs, serves to lock USP in an inactive conformation. It also shows that USP has a large hydrophobic cavity, implying that there is almost certainly a natural ligand for USP. This cavity is larger than that seen previously for most other nuclear receptors. Intriguingly, this cavity has partial occupancy by a bound lipid, which is likely to resemble the natural ligand for USP.

The nuclear receptor PXR is a lithocholic acid sensor that protects against liver toxicity

The pregnane X receptor (PXR) is the molecular target for catatoxic steroids such as pregnenolone 16α-carbonitrile (PCN), which induce cytochrome P450 3A (CYP3A) expression and protect the body from harmful chemicals. In this study, we demonstrate that PXR is activated by the toxic bile acid lithocholic acid (LCA) and its 3-keto metabolite. Furthermore, we show that PXR regulates the expression of genes involved in the biosynthesis, transport, and metabolism of bile acids including cholesterol 7α-hydroxylase (Cyp7a1) and the Na+-independent organic anion transporter 2 (Oatp2). Finally, we demonstrate that activation of PXR protects against severe liver damage induced by LCA. Based on these data, we propose that PXR serves as a physiological sensor of LCA, and coordinately regulates gene expression to reduce the concentrations of this toxic bile acid. These findings suggest that PXR agonists may prove useful in the treatment of human cholestatic liver disease.

SMRT isoforms mediate repression and anti-repression of nuclear receptor heterodimers.

Transcriptional repression represents an important component in the regulation of cell differentiation and oncogenesis mediated by nuclear hormone receptors. Hormones act to relieve repression, thus allowing receptors to function as transcriptional activators. The transcriptional corepressor SMRT was identified as a silencing mediator for retinoid and thyroid hormone receptors. SMRT is highly related to another corepressor, N-CoR, suggesting the existence of a new family of receptor-interacting proteins. We demonstrate that SMRT is a ubiquitous nuclear protein that interacts with unliganded receptor heterodimers in mammalian cells. Furthermore, expression of the receptor-interacting domain of SMRT acts as an antirepressor, suggesting the potential importance of splicing variants as modulators of thyroid hormone and retinoic acid signaling.

Ligand-dependent, transcriptionally productive association of the amino- and carboxyl-terminal regions of a steroid hormone nuclear receptor.

The estrogen receptor (ER), a 66-kDa protein that mediates the actions of estrogens in estrogen-responsive tissues, is a member of a large superfamily of nuclear hormone receptors that function as ligand-activated transcription factors. ER shares a conserved structural and functional organization with other members of this superfamily, including two transcriptional activation functions (AFs), one located in its amino-terminal region (AF-1) and the second located in its carboxyl-terminal, ligand-binding region (AF-2). In most promoter contexts, synergism between AF-1 and AF-2 is required for full ER activity. In these studies, we demonstrate a functional interaction of the two AF-containing regions of ER, when expressed as separate polypeptides in mammalian cells, in response to 17 beta-estradiol (E2) and antiestrogen binding. The interaction was transcriptionally productive only in response to E2, and was eliminated by point or deletion mutations that destroy AF-1 or AF-2 activity or E2 binding. Our results suggest a definitive mechanistic role for E2 in the activity of ER--namely, to alter receptor conformation to promote an association of the amino- and carboxyl-terminal regions, leading to transcriptional synergism between AF-1 and AF-2. The productive re assembly of two portions of ER expressed in cells as separate polypeptides demonstrates the evolutionarily conserved modular structural and functional organization of the nuclear hormone receptors. The ligand-dependent interaction of the two AF-containing regions of ER allows for the assembly of a complete activation function from two distinct regions within the same protein, providing a mechanism for hormonally regulated transcription.

Identification and characterization of a Drosophila nuclear receptor with the ability to inhibit the ecdysone response.

In a search for retinoid X receptor-like molecules in Drosophila, we have identified an additional member of the nuclear receptor superfamily, XR78E/F. In the DNA-binding domain, XR78E/F is closely related to the mammalian receptor TR2, as well as to the nuclear receptors Coup-TF and Seven-up. We demonstrate that XR78E/F binds as a homodimer to direct repeats of the sequence AGGTCA. In transient transfection assays, XR78E/F represses ecdysone signaling in a DNA-binding-dependent fashion. XR78E/F has its highest expression in third-instar larvae and prepupae. These experiments suggest that XR78E/F may play a regulatory role in the transcriptional cascade triggered by the hormone ecdysone in Drosophila.

Farnesoid X receptor agonism - a new approach to the treatment of cholesterol gallstone disease

Gallstone disease is very common among native Americans and Hispanics, and similar to 20 million patients are treated for this disease annually in the US. The nuclear farnesoid X receptor (FXR) is the receptor for bile acids, and GW4064 is a synthetic agonist at the FXR. FXR-/- mice fed a lithogenic diet (high fat, cholesterol and cholic acid) are more susceptible to gallstone disease than wild-type mice with the same mixed background, thus establishing that the ablation of FXR is associated with this disease. The C57L mouse is susceptible to gallstone formation. When C57L mice are fed a lithogenic diet for a week, the bile contains large aggregates of cholesterol precipitates, and two of five C57L mice had macroscopic cholesterol crystals. in contrast, when C57L mice were fed the lithogenic diet and administered GW4064 100 mg/kg/day by oral gavage, there was no precipitation of cholesterol. Treatment with this agent also increased bile salt and phospholipid concentration, and prevented gallbladder epithelium damage. As FXR agonism with GW4064 has been shown to be useful in a mouse model of cholesterol gallstone disease, it should undergo further development for the treatment of this condition.

An in vitro investigation on the cytotoxic and nuclear receptor transcriptional activity of the mycotoxins fumonisin B1 and beauvericin

Fumonisin B1 (FB1) and beauvericin (BEA) are secondary metabolites of filamentous fungi, which under appropriate temperature and humidity conditions may develop on various foods and feeds. To date few studies have been performed to evaluate the toxicological and endocrine disrupting effects of FB1 and BEA. The present study makes use of various in vitro bioassays including; oestrogen, androgen, progestagen and glucocorticoid reporter gene assays (RGAs) for the study of nuclear receptor transcriptional activity, the thiazolyl blue tetrazolium bromide (MTT) assay to monitor cytotoxicity and high content analysis (HCA) for the detection of pre-lethal toxicity in the RGA and Caco-2 human colon adenocarcinoma cells. At the receptor level, 0.001-10μM BEA or FB1 did not induce any agonist responses in the RGAs. However at non-cytotoxic concentrations, an antagonistic effect was exhibited by FB1 on the androgen nuclear receptor transcriptional activity at 10μM and BEA on the progestagen and glucocorticoid receptors at 1μM. MTT analysis showed no decrease in cell viability at any concentration of FB1, whereas BEA showed a significant decrease in viability at 10μM. HCA analysis confirmed that the reduction in the progestagen receptor transcriptional activity at 1μM BEA was not due to pre-lethal toxicity. In addition, BEA (10μM) induced significant toxicity in both the TM-Luc (progestagen responsive) and Caco-2 cells.

Étude de l’implication de la force du signal transmis par le récepteur des cellules T dans le développement et la survie des lymphocytes T mémoires

Suite à la rencontre d’un antigène (Ag) présenté à la surface des cellules présentatrice de l’Ag (CPA), les lymphocytes T naïfs, ayant un récepteur des cellules T (RCT) spécifique de l’Ag, vont proliférer et se différencier en LT effecteurs (1). Suite à l’élimination de l’Ag la majorité des LTe vont mourir par apoptose alors que les restants vont se différencier en LT mémoire (LTm) protégeant l’organisme à long terme. Les mécanismes qui permettent la différenciation des LTe en LTm sont encore inconnus. Pour comprendre comment les LTm CD8+ sont générés à partir des LTe, nous avons émis l’hypothèse que la densité de l’Ag présenté par les CPA peut avoir un impact sur la sélection des LT CD8+ répondant l’Ag à se différencier en LTm. De manière intéressante, nos résultats montrent qu’une immunisation avec des cellules dendritiques (DCs) exprimant un haut niveau de complexe CMH/peptide à sa surface permet le développement de LTm. À l’inverse, le développement des LTm est fortement réduit (10-20X) lorsque les souris sont immunisées avec des DCs exprimant un niveau faible de complexes CMH/peptide à leur surface. De plus, la quantité d’Ag n’a aucune influence ni sur l’expansion des LT CD8+ ni sur l’acquisition de leurs fonctions effectrices, mais affecte de manière critique la génération des LTm. Nos résultats suggèrent que le nombre de RCT engagé lors de la reconnaissance de l’Ag est important pour la formation des LTm. Pour cela nous avons observé par vidéo-microscopie le temps d’interaction entre des LTn et des DCs. Nos résultats montrent que le temps et la qualité de l’interaction sont dépendants de la densité d’Ag présenté par les DCs. Effectivement, nous observons une diminution dans le pourcentage de LT faisant une interaction prolongée avec les DCs quand le niveau d’Ag est faible. De plus, nous observons des variations de l’expression des facteurs de transcription clefs impliqués dans la différenciation des LTm tels qu’Eomes, Bcl-6 et Blimp-1. Par ailleurs, la densité d’Ag fait varier l’expression du Neuron-derived orphan nuclear receptor 1 (Nor-1). Nor-1 est impliqué dans la conversion de Bcl-2 en molécule pro-apoptotique et contribue à la mort par apoptose des LTe pendant la phase de contraction. Notre modèle propose que la densité de l’épitope contrôle la génération des CD8+ LTm. Une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans la génération des LTm permettra le développement de meilleures stratégies pour la génération de vaccin. Dans un second temps, nous avons évalué le rôle du signal RCT dans l’homéostasie des LTm. Pour ce faire, nous avons utilisé un modèle de souris transgénique pour le RCT dont son expression peut être modulée par un traitement à la tétracycline. Ce système nous a permis d’abolir l’expression du RCT à la surface des LTm. De manière intéressante, en absence de RCT exprimé, les LTm CD8+ peuvent survivre à long terme dans l’organisme et rester fonctionnels. De plus, une sous population des LTm CD4+ a la capacité de survivre sans RCT exprimé dans un hôte lymphopénique alors que l’autre sous population nécessite l’expression du RCT.

La modulation transcriptionnelle du neuropeptide enképhaline par les récepteurs nucléaires Nur77 et RXRγ

Certains neuropeptides (enképhaline et neurotensine) sont des modulateurs du système dopaminergique. Chez les rongeurs, le traitement avec l’antipsychotique typique halopéridol (antagoniste des récepteurs D2), augmente fortement leurs niveaux d’ARNm dans le striatum, une structure centrale du système dopaminergique qui contrôle l’activité locomotrice. Comme l’halopéridol est associé avec de nombreux effets secondaires moteurs, on peut penser que la modulation des neuropeptides est possiblement un mécanisme d’adaptation visant à rétablir l’homéostasie du système dopaminergique après le blocage des récepteurs D2. Cependant, le mécanisme moléculaire de cette régulation transcriptionnelle n’est pas bien compris. Nur77 est un facteur de transcription de la famille des récepteurs nucléaires orphelins qui agit en tant que gène d’induction précoce. Le niveau de son ARNm est aussi fortement augmenté dans le striatum suivant un traitement avec halopéridol. Plusieurs évidences nous suggèrent que Nur77 est impliqué dans la modulation transcriptionnelle des neuropeptides. Nur77 peut former des hétérodimères fonctionnels avec le récepteur rétinoïde X (RXR). En accord avec une activité transcriptionnelle d’un complexe Nur77/RXR, l’agoniste RXR (DHA) réduit tandis que l’antagoniste RXR (HX531) augmente les troubles moteurs induits par un traitement chronique à l’halopéridol chez les souris sauvages tandis que ces ligands pour RXR n’ont aucun effet chez les souris Nur77 nulles. Nos travaux ont révélé que l’antagoniste RXR (HX531) réduit l’augmentation des niveaux d’enképhaline suivant un traitement chronique avec l’halopéridol. Nous avons ensuite démontré la liaison in vitro de Nur77 sur un élément de réponse présent dans le promoteur proximal de la proenképhaline, le peptide précurseur de l’enképhaline. Ces résultats supportent l’hypothèse que Nur77, en combinaison avec RXR, pourrait participer à la régulation transcriptionnelle des neuropeptides dans le striatum et donc contribuer à la neuroadaptation du système dopaminergique suivant un traitement aux antipsychotiques typiques.

Mécanismes cellulaires de l'induction du facteur de transcription Nur77 après un traitement aux antipsychotiques

Les antipsychotiques sont utilisés en clinique depuis plus de 50 ans pour pallier aux symptômes de la schizophrénie. Malgré une recherche intensive, les mécanismes cellulaires et moléculaires responsables de l’effet clinique de cette médication demeurent encore nébuleux. Ces drogues sont reconnues comme des antagonistes des récepteurs D2 de la dopamine et peuvent moduler la transcription génique dans le striatum. Au cours des recherches qui ont mené à l'écriture de cette thèse, nous avons exploré l’expression de Nur77, un facteur de transcription de la famille des récepteurs nucléaires, afin de caractériser le rôle de la dopamine, la sérotonine, l’adénosine et le glutamate dans la régulation génique contrôlée par les antagonistes D2. En premier lieu, nous avons examiné l’impact de la co-administration d’agents sérotonergiques et adrénergiques sur l’expression de l’ARNm de Nur77 induite par l’halopéridol, un antipsychotique de première génération. Nous avons observé que le 8-OH-DPAT et le MDL11939 préviennent partiellement l’induction de Nur77 dans le striatum. Au contraire, l’idazoxan potentialise l’effet de l’halopéridol sur l’expression de Nur77 alors que le prazosin reste sans effet. Ces résultats démontrent que l’expression striatale de Nur77 induite par l’halopéridol peut être modulée à la baisse avec un agoniste 5-HT1A ou un antagoniste 5-HT2A. Par la suite, nous avons évalué dans divers paradigmes expérimentaux l’effet de l’éticlopride, un antagoniste spécifique D2, afin d’explorer davantage le mécanisme de l’effet transcriptionnel des antagonistes D2. Étonnamment, la suppression de l’isoforme D2L chez la souris D2L KO ne réduit pas la réponse de l’éticlopride dans le striatum. Par contre, une lésion corticale avec l’acide iboténique bloque l’effet de l’éticlopride sur la transcription de Nur77, suggérant un rôle du glutamate. La combinaison d’un antagoniste des récepteurs métabotropes du glutamate de types 5 (mGluR5) et d’un antagoniste des récepteurs de l’adénosine A2A abolit complètement l’augmentation de la transcription de Nur77 induit par l’éticlopride dans le striatum. La modulation directe de l’expression striatale de Nur77 par les récepteurs mGluR5 et A2A a été confirmée dans un modèle de cultures organotypiques de tranches cérébrales. Ces résultats démontrent clairement que la modulation de l’expression génique dans le striatum, à la suite d’un traitement avec un antagoniste D2 pourrait être indépendante d’une interaction directe avec les récepteurs D2 post-synaptiques, et reposerait plutôt sur son interaction avec les récepteurs D2 hétérosynaptiques des afférences corticostriées et l’activation subséquente des récepteurs post-synaptiques du glutamate et de l’adénosine. En résumé, nos résultats suggèrent que l’interaction des antipsychotiques atypiques avec les récepteurs 5-HT2A et 5-HT1A pourrait expliquer la différence dans le patron d’expression génique induit par ces drogues en comparaison avec les antipsychotiques typiques. De plus, nos résultats révèlent un nouveau mécanisme d’action des antagonistes D2 et supportent un rôle primordial du glutamate et de l’adénosine dans les effets des antipsychotiques de première génération.

Fibroblast Growth Factor-2 Regulation of Sprouty and NR4A Genes in Bovine Ovarian Granulosa Cells

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Aromatase (Cyp19) expression is up-regulated by targeted disruption of Dax1

DAX-1 [dosage-sensitive sex reversal, adrenal hypoplasia congenita (AHC) critical region on the X chromosome, gene 1] is an orphan nuclear receptor that represses transcription by steroidogenic factor-1 (SF-1), a factor that regulates expression of multiple steroidogenic enzymes and other genes involved in reproduction. Mutations in the human DAX1 gene (also known as AHC) cause the X-linked syndrome AHC, a disorder that is associated with hypogonadotropic hypogonadism also. Characterization of Dax1-deficient male mice revealed primary testicular defects that included Leydig cell hyperplasia (LCH) and progressive degeneration of the germinal epithelium, leading to infertility. In this study, we investigated the effect of Dax1 disruption on the expression profile of various steroidogenic enzyme genes in Leydig cells isolated from Dax1-deficient male mice. Expression of the aromatase (Cyp19) gene, which encodes the enzyme that converts testosterone to estradiol, was increased significantly in the Leydig cells isolated from mutant mice, whereas the expression of other proteins (e.g., StAR and Cyp11a) was not altered. In in vitro transfection studies, DAX-1 repressed the SF-1-mediated transactivation of the Cyp19 promoter but did not inhibit the StAR or Cyp11a promoters. Elevated Cyp19 expression was accompanied by increased intratesticular levels of estradiol. Administration of tamoxifen, a selective estrogen-receptor modulator, restored fertility to the Dax1-deficient male mice and partially corrected LCH, suggesting that estrogen excess contributes to LCH and infertility. Based on these in vivo and in vitro analyses, aromatase seems to be a physiologic target of Dax-1 in Leydig cells, and increased Cyp19 expression may account, in part, for the infertility and LCH in Dax1-deficient mice.

Apoptosis of nur77/N10-transgenic thymocytes involves the Fas/Fas ligand pathway.

The orphan nuclear receptor Nur77/N10 has recently been demonstrated to be involved in apoptosis of T cell hybridomas. We report here that chronic expression of Nur77/N10 in thymocytes of transgenic mice results in a dramatic reduction of CD4+CD8+ double-positive as well as CD4+CD8- and CD4-CD8+ single-positive cell populations due to an early onset of apoptosis. CD4-CD8- double-negative and CD25+ precursor cells, however, are unaffected. Moreover, nur77/N10-transgenic thymocytes show increased expression of Fas ligand (FasL), while the levels of the Fas receptor (Fas) are not increased. The mouse spontaneous mutant gld (generalized lymphoproliferative disease) carries a point mutation in the extracellular domain of the FasL gene that abolishes the ability of FasL to bind to Fas. Thymuses from nur77/N10-transgenic mice on a gld/gld background have increased cellularity and an almost normal profile of thymocyte subpopulations. Our results demonstrate that one pathway of apoptosis triggered by Nur77/N10 in double-positive thymocytes occurs through the upregulation of FasL expression resulting in increased signaling through Fas.