Аннотация: Гормон эстроген участвует как в женской, так и в мужской репродукции, а также во многих других биологических системах, включая нейроэндокринную, сосудистую, скелетную и иммунную системы. Следовательно, он также связан со многими различными заболеваниями и состояниями, такими как бесплодие, ожирение, остеопороз, эндометриоз и различные виды рака. Эстроген действует через свои два различных ядерных рецептора, альфа-рецептор эстрогена (ERα) и бета-рецептор эстрогена (ERβ). Различные механизмы регуляции транскрипции были идентифицированы как способ действия эстрогена, в основном классический механизм с прямым связыванием ДНК, но также и негеномный способ действия, а также механизм, использующий связанное или непрямое связывание. Профили экспрессии ERα и ERβ уникальны: основными местами экспрессии ERα являются матка и гипофиз, а основным местом экспрессии ERβ являются клетки гранулезы яичника. Модели мышей с нокаутом или мутацией Esr1 и Esr2 способствовали нашему пониманию роли каждого отдельного рецептора в физиологии. Из этих исследований известно, что основные роли ERα заключаются в матке и нейроэндокринной системе, поскольку самки мышей с отсутствием ERα бесплодны из-за нарушения функции яичников и матки, тогда как самки мышей с отсутствием ERβ субфертильны из-за дефектов яичников. Разработка эффективных методов лечения заболеваний, связанных с эстрогенами, основывалась на понимании физиологических ролей и механистических функций ERα и ERβ в различных состояниях здоровья и заболеваниях человека.
Ключевые слова: эстроген, эстрогеновый рецептор, ER, ERα, ERβ
Реакция матки на эстроген
Овариэктомированная (овексированная) матка мыши является эстроген-чувствительным органом и, следовательно, ценной моделью для изучения ER-опосредованных ответов. Матка грызунов представляет собой двурогую трубку, состоящую из наружных слоев мышечных клеток (миометрия), внутреннего просвета, выстланного просветными эпителиальными клетками, и слоя клеток стромы между просветом и миометрием.(7) Матка также содержит железистые структуры, выстланные эпителиальными клетками. Эндогенная стимуляция матки происходит во время преходящей проэструсовой волны репродуктивного цикла. В эксперименте однократная инъекция эстрогена может имитировать эту стимуляцию, вводя ее животному в экстазе, после чего матка подвергается серии упорядоченных, хорошо охарактеризованные события, которые можно разделить на начальную (раннюю) фазу и последующие (поздние) ответы, кульминацией которых являются волны митоза, ограниченные только эпителиальными клетками матки. Эти ответы опосредованы ERα, который экспрессируется во всех клетках матки (люминальных и железистых эпителиальных, стромальных и миометриальных клетках).(6)
В исследованиях с использованием модели матки мышей с овексом была изучена регуляция эндогенных генов матки в течение 24-часового периода стимуляции, и было показано, что паттерн регуляции генов следует прогрессированию раннего (в течение 2 часов после введения эстрогена) или позднего (возникающего через 12 часов после введения эстрогена) –24 часа после введения эстрогена). Некоторая генная регуляция наблюдалась в промежуточные моменты времени, но большинство попадает либо в ранние, либо в поздние кластеры. При экспериментальном анализе генов матки, чувствительных к эстрогену, становится очевидным, что образцы в 2- или 24-часовые моменты времени будут представлять большинство наблюдаемых реакций генов, коррелирующих с физиологическими действиями тканей.(5)
Взаимодействие ERα и РНК-полимеразы II (PolII) анализировали с использованием ChIP-seq в ткани матки, чтобы понять связывание ДНК ERα в системе in vivo . В нестимулированных образцах, обработанных носителем, было картировано более 5000 пиков, указывающих на то, что ERα уже был связан с хроматином в отсутствие гормона.(4) Лечение эстрогенами увеличивало количество связывания ERα в этих участках, а также приводило к связыванию ERα с дополнительными областями, с общим количеством более 17000 сайтов. Количество активных аннотированных генов (с PolII в месте начала транскрипции (TSS)) в пределах 100 КБ пиков ERα увеличилось с 4672 (1,1 пика ERα/активный ген) до 6519 (2,6 пика ERα на активный ген), тем самым показывая, что в В отсутствие гормона ERα связывается с участками ДНК, и лечение этим гормоном увеличивает число в 2,4 раза. Анализ сайтов связывания ER для мотивов связывания фактора транскрипции показал, что мотивы ERE присутствовали в 35% сайтов с носителем и были более многочисленны (59%) в сайтах, обработанных эстрогеном. Таким образом, мотивы ERE важны для эстроген-зависимого рекрутирования ER. Вычисленный консенсусный мотив для последовательностей, связанных с ERα в маточном хроматине, соответствовал экспериментально полученному ERE (GGTCAnnnTGACC), что указывает на предпочтение этого мотива в биологической системе. Интересно, что в сайтах, которые не были обогащены мотивами ERE, были замечены многочисленные другие мотивы; особенно гомеобоксные (Hox) мотивы были сильно обогащены. Многие члены семейства Hox экспрессируются в матке, и было показано, что Hoxa10 и Hoxa11 играют ключевые роли в функции матки. Связывание ERα в ткани матки в основном происходило дистально от промоторов, что аналогичным образом наблюдалось в ERα ChIP-seq в клетках MCF-7. При сравнении данных ChIP-seq с профилями микрочипов транскрипты с повышающей регуляцией в ранние моменты времени (2 часа, 6 часов) со значительно большей вероятностью связывались с ERα на своих промоторах (от 0 до 10 т.п.н. 5'), чем гены с отрицательной регуляцией.(3)
Рецептор эстрогена в яичнике
Обе известные формы ядерного рецептора эстрогена, ERα и ERβ, экспрессируются в яичниках млекопитающих, но локализованы в различных функциональных компартментах. ERβ высоко экспрессируется, но ограничивается клетками гранулезы растущих фолликулов, в то время как ERα обычно локализуется в интерстиции и тека-клетках. Этот паттерн экспрессии высоко консервативен среди нескольких видов млекопитающих. Взрослые самки с нулевым альфа-рецептором эстрогена (αERKO) являются ановуляторными, имеют пре- и небольшие антральные фолликулы, но не имеют желтого тела, что приводит к бесплодию. К 50-дневному возрасту мыши αERKO становятся бесплодными и имеют яичники с множественными увеличенными, геморрагическими и кистозными фолликулами, с повышенным уровнем гонадотропина и гонадотропных рецепторов, повышенным синтезом стероидов и гипертрофированными тека-клетками. Взрослые самки с бета-нулевым рецептором эстрогена (βERKO) субфертильны, о чем свидетельствует уменьшение количества и размера помета. Несмотря на предполагаемую роль ER в клетках гранулезы, яичники βERKO кажутся относительно нормальными и имеют фолликулы на всех стадиях роста и не страдают явным нарушением потери ERβ. В соответствии с недостаточной фертильностью, суперовуляторное лечение у самок βERKO приводит к значительно меньшему количеству овуляций и обнаружению захваченных фолликулов ооцитов. Кроме того, сниженная экспрессия PR и Cox2, повышенная частота атрезии фолликулов и малое количество желтых тел в яичниках с βERKO указывают на то, что субфертильность, вероятно, связана со сниженной частотой овуляции.(2)
Рецептор эстрогена в метаболизме
Эстроген регулирует множество физиологических функций, включая репродукцию, плотность костей и регуляцию метаболизма. Вследствие плейотропного действия эстрогенов снижение продукции эндогенных эстрогенов яичниками в менопаузе часто приводит к функциональным нарушениям, включая дислипидемию, нарушение толерантности к глюкозе (НТГ) и сахарный диабет 2 типа, которые увеличивают риск сердечно-сосудистых заболеваний у женщин в постменопаузе и непосредственно влияют на качество жизни. Было разработано несколько моделей на животных для дальнейшего изучения клинических результатов эстроген-зависимой регуляции метаболизма. В самом деле, переутомленные мыши, у которых отсутствует интактная передача сигналов эстрогена, демонстрируют ожирение и НТГ; эти эффекты обратимы при повторном введении эстрогена (E2). Аналогичные результаты были получены у мышей с нокаутом (KO) Cyp19 (ароматаза), которые неспособны синтезировать E2 из тестостерона. Лечение мышей Cyp19 KO экзогенным Е2 восстанавливает защитный эффект Е2 против развития метаболического синдрома как у самцов, так и у самок. Исследования с использованием нокаутных мышей по эстрогеновым рецепторам (ERα и ERβ) продемонстрировали, что ERα играет существенную роль в эстроген-опосредованной регуляции метаболизма, тогда как ERβ не играет.(1)
Список литературы-
1-Aagaard MM, Siersbaek R, Mandrup S, 2011. Molecular basis for gene-specific transactivation by nuclear receptors. Biochimica et biophysica acta 1812, 824–835.
2- Antonson P, Omoto Y, Humire P, Gustafsson JA, 2012b. Generation of ERalpha-floxed and knockout mice using the Cre/LoxP system. Biochemical and biophysical research communications 424, 710–716.
3-Adesanya OO, Zhou J, Samathanam C, Powell-Braxton L, Bondy CA, 1999. Insulin-like growth factor 1 is required for G2 progression in the estradiol-induced mitotic cycle. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 96, 3287–3291.
4- Antonson P, Omoto Y, Humire P, Gustafsson JA, 2012a. Generation of ERalpha-floxed and knockout mice using the Cre/LoxP system. Biochemical and biophysical research communications 424, 710–716.
5-Ahlbory-Dieker DL, Stride BD, Leder G, Schkoldow J, Trolenberg S, Seidel H, Otto C, Sommer A, Parker MG, Schutz G, Wintermantel TM, 2009. DNA binding by estrogen receptor-alpha is essential for the transcriptional response to estrogen in the liver and the uterus. Molecular Endocrinology 23, 1544–1555.
6-Antal MC, Krust A, Chambon P, Mark M, 2008a. Sterility and absence of histopathological defects in nonreproductive organs of a mouse ER beta-null mutant. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 105, 2433–2438.
7-Antal MC, Krust A, Chambon P, Mark M, 2008b. Sterility and absence of histopathological defects in nonreproductive organs of a mouse ERbeta-null mutant. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 105, 2433–2438.