アリール炭化水素受容体のDNA結合型へのリガンド依存的変換における遷移状態

Transitional States in Ligand-Dependent Transformation of the Aryl Hydrocarbon Receptor into Its DNA-Binding Form.

• Anatoly A Soshilov
• Stefano Motta
• Laura Bonati
• Michael S Denison

抄録

アリール炭化水素受容体（AhR）は、ハロゲン化芳香族炭化水素を含むPASB構造的に多様な化学物質全体を欠いたAhRの生物学的および毒性学的効果を媒介するリガンド活性化転写因子である。AhRのDNA結合形態へのリガンド依存的な形質転換は、リガンド依存的な構造変化、ヒートショックプロテイン90（hsp90）、AhR複合体からの解離、およびAhR核トランスロケーター（ARNT）タンパク質とのAhR二量体化を含む。AhRの形質転換のメカニズムを、変異アプローチとモリブデン酸ナトリウムによるAhR:hsp90複合体の安定化を用いて検討した。AhRのhsp90結合領域に単一の変異（F281A）を挿入すると、in vitroでは構成的（リガンドに依存しない）な形質転換/DNA結合が得られた。Arg-Cysリッチ領域内のAhR残基（R212A、R217A、R219A）とAsp371（D371A）の変異は、リガンド結合に大きな影響を与えることなくAhRの形質転換を阻害した。AhR:hsp90結合をモリブデン酸ナトリウムで安定化すると、野生型AhRの形質転換/DNA結合は減少したが、構成的に活性なAhR変異体には影響を与えなかった。興味深いことに、モリブデン酸塩の存在下でのAhRの形質転換は、hsp90、AhR、およびARNTを含む中間的な形質転換三元複合体の検出を可能にした。これらの結果は、ARNTをリガンドされたAhR:hsp90複合体に結合させることにより、hsp90が段階的に変位し、AhRがその高親和性DNA結合形態に変換されるという段階的な形質転換メカニズムと一致している。他のPer-ARNT-Sim（PAS）ドメインのシグナル伝達機構に関する利用可能な分子的洞察と、他のクライアントタンパク質とのhsp90結合に関する構造情報は、提案されたAhRの変換機構と一致している。

The aryl hydrocarbon receptor (AhR) is a ligand-activated transcription factor that mediates the biological and toxicological effects of an AhR lacking the entire PASB structurally diverse chemicals, including halogenated aromatic hydrocarbons. Ligand-dependent transformation of the AhR into its DNA binding form involves a ligand-dependent conformational change, heat shock protein 90 (hsp90), dissociation from the AhR complex and AhR dimerization with the AhR nuclear translocator (ARNT) protein. The mechanism of AhR transformation was examined using mutational approaches and stabilization of the AhR:hsp90 complex with sodium molybdate. Insertion of a single mutation (F281A) in the hsp90-binding region of the AhR resulted in its constitutive (ligand-independent) transformation/DNA binding in vitro. Mutations of AhR residues within the Arg-Cys-rich region (R212A, R217A, R219A) and Asp371 (D371A) impaired AhR transformation without a significant effect on ligand binding. Stabilization of AhR:hsp90 binding with sodium molybdate decreased transformation/DNA binding of the wild type AhR but had no effect on constitutively active AhR mutants. Interestingly, transformation of the AhR in the presence of molybdate allowed detection of an intermediate transformation ternary complex containing hsp90, AhR, and ARNT. These results are consistent with a stepwise transformation mechanism in which binding of ARNT to the liganded AhR:hsp90 complex results in a progressive displacement of hsp90 and conversion of the AhR into its high affinity DNA binding form. The available molecular insights into the signaling mechanism of other Per-ARNT-Sim (PAS) domains and structural information on hsp90 association with other client proteins are consistent with the proposed transformation mechanism of the AhR.