Андрогенные рецепторы и их уникальность

Цховребова Л.Т., Шевцова М.А., Аксененко А.А., Дуринян Э.Р., Гависова А.А.

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» Минздрава России, Москва, Россия
Андрогены и их рецепторы играют важную роль в репродуктивной функции женщин. Потенциальная роль андрогенов в женском организме определяется наличием значительного пула андрогенных рецепторов в тканях репродуктивной системы, включая эндометрий, яичники, фаллопиевы трубы и миометрий. Наиболее впечатляющие успехи в изучении андрогенных рецепторов достигнуты в последнее время в связи с растущим вниманием к андрогенам, их роли в физиологии как мужчин, так и женщин, целесообразности проведения комбинированной гормональной терапии с андрогенами при различных состояниях, сопровождающихся их дефицитом, в том числе – при бесплодии и репродуктивных неудачах, у пациенток с «бедным» ответом, низким овариальным резервом и в период постменопаузы.
Заключение. Благодаря современной биотехнологии становятся известны механизмы, лежащие в основе активации андрогенных рецепторов, и раскрываются их потенциальные свойства, представленные в данной статье. Открытие деталей механизма действия андрогенных рецепторов и их эффекторов поможет поиску новых методов диагностики, прогнозирования и внедрения персонифицированных схем лечения.

Ключевые слова

андрогенные рецепторы
андрогены
тестостерон
дигидротестостерон
дегидроэпиандростерон
дегидроэпиандростерон-сульфат
бесплодие

В 1988 г., независимо друг от друга, несколькими группами исследователей был клонирован ген человеческого андрогенного рецептора [1]. Он локализуется на длинном плече Х-хромосомы (рис. 1). Ген андрогенного рецептора имеет 8 экзонов, а андрогенный рецептор состоит из 4 основных структурных доменов [2]. Экзон 1 кодирует N-концевой домен белка, экзоны 2 и 3 – центральный ДНК-связывающий домен, а экзоны 4–8 – карбоксильный конец домена. N-концевой домен андрогенного рецептора является наиболее вариабельным по длине и последовательности [3]. Некоторые исследователи полагают, что N-концевой домен андрогенного рецептора при взаимодействии с определенными белками выступает в роли «якоря» для удержания рецептора в ядре клетки-мишени [4]. В отличие от N-концевого домена, карбоксильный конец (лиганд-связывающий домен) молекулы андрогенного рецептора очень стабилен, так как замена даже одной аминокислоты может приводить к значительному снижению функциональной активности андрогенного рецептора. Клинически это характеризуется частичной или полной андрогенной нечувствительностью, что очень важно при изучении различных форм бесплодия неясного генеза и могло бы приоткрыть завесу при резистентности яичников в циклах ЭКО [5].

ДНК-связывающий домен состоит из двух «цинковых пальцев», которые распознают специфические последовательности ДНК. Было обнаружено, что мутации в этом домене приводят к синдрому андрогенной недостаточности [6]. ДНК-связывающий домен связан шарнирной областью с лиганд-связывающим доменом, который, в свою очередь, кодируется экзоном 4.

63-1.jpg (127 KB)

Ute Liegibel впервые обнаружил на фибробластах кожи половых органов человека 2 различные изоформы андрогенного рецептора – андрогенный рецептор-A и андрогенный рецептор-B. Эти изоформы по своей структуре отличаются только по концевому домену: андрогенный рецептор-A имеет укороченный N-концевой домен по сравнению с изоформой андрогенного рецептора-B (рис. 2). Обе изоформы активно экспрессируются в различных тканях как зародыша, так и взрослого человека (мужчин и женщин), однако наибольшая их экспрессия наблюдается в органах репродуктивной системы. Необходимо отметить, что соотношение андрогенный рецептор-B/андрогенный рецептор-A варьирует в разных тканях и на разных стадиях эмбриогенеза [7]. Так, в теменной кости плода количество андрогенного рецептора-B относительно низкое, в то время как экспрессия андрогенного рецептора-A не обнаружена, а на остеобластах человека обнаружены обе изоформы. Однако механизм действия, отличия и роль этих изоформ в различных сигнальных путях до конца не изучены.

После проникновения андрогенов в клетки-мишени при помощи фермента 5α-редуктазы тестостерон (Т) превращается в дигидротестостерон (ДГТ) [8]. Далее происходит связывание андрогенов с определенным сегментом молекулы андрогенного рецептора, находящегося в цитоплазме в составе мультибелкового комплекса, после чего происходят диссоциация андрогенного рецептора из мультибелкового комплекса, гомодимеризация и демаскировка определенных участков рецептора, в результате комплекс рецептор-андроген приобретает более компактную и стабильную форму. Этот каскад последовательных физико-химических преобразований принято называть «активизацией андрогенного рецептора» [9]. Последующий транспорт активированной формы андрогенного рецептора в ядро и его связывание с определенными участками ДНК приводят к изменению экспрессии генов и синтезу специфических белков [10, 11].

Предложенная схема механизма действия андрогенов актуальна, но в последнее время стали более детально изучаться молекулярные основы андрогенного сигнала и его преобразование в клетке. Тем не менее исследователи не смогли достичь консенсуса в вопросе о локализации андрогенных рецепторов: либо он находится в цитоплазме клетки-мишени, откуда перемещается в ядро после связывания с андрогенами, либо стабильно присутствует в ядре, куда транспортируется андроген для активации мультибелкового комплекса.

В исследованиях Roy A.K. et al. на ряде культур клеток было показано перемещение андрогенных рецепторов из цитоплазмы в ядро и из ядра в цитоплазму 4 раза. Возможно, такие перемещения многократны при действии гормонального сигнала in vivo, что имеет большой биологический смысл. В этом процессе участвуют белки теплового шока – шапероны, которые ответственны за стабилизацию конформации андрогенного рецептора и в комплексе с ним препятствуют активации рецептора в отсутствие лиганда. Можно предположить, что это необходимо для непрерывного поддержания открытой функциональной активности андрогенных рецепторов в фолликулогенезе в течение всего репродуктивного периода, и это свойство является генетически детерминированным компенсаторно-приспособительным механизмом в зависимости от возраста женщины. Основным фактором прерывания андрогенного сигнала является инактивация лиганда и его распад из комплекса с андрогенными рецепторами. Этот механизм присущ только андрогенным рецепторам [12].

В настоящее время нет сомнений, что для инициации биологического ответа необходимо наличие комплекса различных регуляторных белков, среди которых есть как активаторы, так и ингибиторы. Исследования in vitro показали, что андрогенные рецепторы могут активироваться при помощи таких факторов, как FGF (фактор роста фибробластов), EGF (эпителиальный фактор роста) [13], однако специфическое воздействие регуляторных белков на андрогенные рецепторы происходит в конкретной среде и в определенных условиях. In vivo эти же модуляторы, возможно, не обладают такими свойствами по отношению к андрогенным рецепторам. Детальное изучение действия модуляторов и их особенностей в последующем помогло бы специалистам открыть завесу для достижения репродуктивных успехов благодаря специфической персонализации протоколов стимуляции.

Известно, что, в отличие от других стероидных гормонов, непосредственно с андрогенным рецептором в физиологических концентрациях связываются только Т и ДГТ, в то время как другие андрогены выступают в роли предшественников этих гормонов [14]; однако сродство ДГТ в несколько раз выше по сравнению с другими андрогенами [15].

Вероятнее всего, относительно низкое сродство Т с андрогенным рецептором по сравнению с ДГТ связано с нестабильной конформацией комплекса андрогенный рецептор-Т, так как его диссоциация происходит стремительнее по сравнению с комплексом андрогенный рецептор-ДГТ. Исходя из вышеизложенного, Т играет роль как гормона-эффектора, так и прегормона. Это уникальное свойство, которое отличает андрогены и их рецепторы от остальных стероидных гормонов, поступающих в клетки-мишени в виде готовых активных молекул.

Для исследования влияния андрогенного рецептора была создана модель мышей с выключенным геном андрогенного рецептора (мыши ARKO). В настоящее время созданы 3 модели самок мышей ARKO: с делецией экзона 1 (ARKO Ex1), экзона 2 (ARKO Ex2) и экзона 3 (ARKO Ex3). Walters K.A. в исследовании на мышах ARKO доказал роль андрогенного рецептора в репродуктивной функции у женщин. Наблюдаемое снижение частоты овуляции у таких мышей указывает на нарушения поздней стадии развития ооцитов/фолликулов, развитие меньшего количества преовуляторных фолликулов и снижение уровней эстрадиола и лютеинизирующего гормона [16]. Таким образом, функции андрогенного рецептора не ограничиваются связыванием со специфическими участками ДНК в ядре.

Экспрессия андрогенного рецептора обнаружена в 3 видах клеток яичника: ооцитах, тека-клетках, клетках гранулезы мелких растущих фолликулов, преантральной и ранней антральной стадий, где Т конвертируется в эстрогены. Андрогены моделируют клеточные процессы путем взаимодействия с андрогенными рецепторами: контролируют рост, дифференцировку, пролиферацию и апоптоз клеток-мишеней не только у мужчин, но и у женщин. Один из ярких представителей андрогенов – андростендион (А), который является дирижером фолликулогенеза в яичниках. По мере созревания фолликула и приближения к преовуляторной стадии количество рецепторов снижается.

Основными циркулирующими андрогенами в организме женщины являются: дегидроэпиандростерон (ДГЭА), ДГЭА-сульфат (ДГЭАС), А, Т и ДГТ [17]. В настоящее время хорошо известно, что исходным соединением для биосинтеза андрогенов считается холестерин, который при помощи цитохрома P450 преобразуется в прегненолон. Последующее превращение прегненолона обеспечивает образование 17α-гидроксипрегненолона, являющегося непосредственным предшественником ДГЭА. Под действием сульфотрансферазы, представленной в стероид-секретирующих железах, печени и, в меньшей степени, в мышечной ткани и центральной нервной системе, ДГЭА сульфатируется до нейростероида ДГЭАС. Обратное превращение ДГЭАС в ДГЭА обеспечивает фермент стероидсульфатаза. Под действием фермента P450 ДГЭА метаболизируется в А, который и является непосредственным предшественником Т и может быть ароматизирован в эстрадиол или под действием 5α-редуктазы – в ДГТ [18]. Основным источником синтеза ДГЭА и ДГЭАС в организме человека являются надпочечники, и лишь 8–10% гормонов синтезируется гонадами [19].

В отличие от других андрогенов, ДГЭА не имеет собственного транспортного белка, его большая фракция связана с альбумином и меньшая часть циркулирует в связанном с глобулином состоянии. Биологически активна как свободная фракция ДГЭА, так и связанная с альбумином. Такая же закономерность характерна для Т [20].

Исследования Davison et al. показывают постепенное снижение уровней циркулирующего Т, ДГЭА и А в крови у женщин в возрасте от 20 до 45 лет. При дефиците андрогенов формируется снижение чувствительности яичников к фолликулостимулирующему гормону (ФСГ), как к эндогенному, так и к экзогенному, при стимуляции овуляции, что реализуется в «бедном» ответе на применение больших доз гонадотропинов и при длительном моногенном воздействии высоких уровней ФСГ [21]. Гипоандрогения наблюдается у женщин со сниженным овариальным резервом, первичной и преждевременной недостаточностью яичников [22].

Работы последних 10 лет особенно сфокусированы на применении ДГЭА и Т у женщин с «бедным» ответом [23]. По данным Barad D.H. et al., в последние годы около 30% всех репродуктивных центров применяют ДГЭА в качестве предварительной терапии у женщин с «бедным» ответом. При этом наблюдалось увеличение количества ооцитов, эмбрионов и, как следствие, увеличение частоты наступления клинических беременностей. Эти данные подтверждают положительное влияние андрогенов на репродуктивную функцию [24].

Заключение

Таким образом, на основании вышеперечисленных фактов детали механизма действия андрогенных рецепторов можно считать действительно уникальными. Эта уникальность обусловлена наличием в организме 2 андрогенов, выступающих в роли эффекторов андрогенного рецептора, – Т и ДГТ. Наличие в организме 2 активных лигандов необходимо для поддержания баланса половых стероидов в клетках с разным распределением и концентрацией андрогенных рецепторов. Вопрос о специфичности действия андрогенов в женском организме остается открытым. На данный момент остается много неясного также в роли регуляторных белков и шаперонов в инициации активизации или ингибирования биологического ответа. Ясно одно: они однозначно являются обязательными участниками в процессах активизации андрогенного рецептора и ответа клетки-мишени на этот сигнал. Их роль еще предстоит изучить, вероятно, это позволит выявить новые маркеры для диагностики и коррекции гипоандрогении и гипоандрогенных состояний.

У женщин с «бедным» ответом и гипоандрогенией формируется дефицит андрогенных рецепторов из-за измененного синтеза андрогенов, низкой концентрации и, соответственно, функциональной активности на клеточном уровне. В связи с чем с позиции физиологической эффективности клетки именно в случае андрогенов, их рецепторов и механизма взаимосвязи, вероятно, имеет смысл задуматься о применении вспомогательной комбинированной гормональной терапии в рамках коррекции дефицита андрогенов у женщин с гипоандрогенией и «бедным» ответом. Это обусловлено необходимостью поддержания функциональной активности рецепторов не только для достижения репродуктивных успехов у молодых женщин, но и для повышения качества жизни в постменопаузальном периоде.

Список литературы

  1. Heinlein C.A., Chang C. Androgen receptor (AR) coregulators: an overview. Endocr. Rev. 2002; 23(2): 175-200. https://dx.doi.org/10.1210/edrv.23.2.0460.
  2. Febbo P.O., Kantoff P.W. Androgen receptor polymorphism and cancer prostate risk. In: Chung L.W.K., Isaacs W.B., Simons J.W., eds. Prostate cancer. Biology, genetics, and the new therapeutics. Totowa, NJ: Humana Press; 2001: 95-110.
  3. Gaughan L., Logan I.R., Cook S., Neal D.E., Robson C.N. Tip60 and histone deacetylase 1 regulate androgen receptor activity through changes to the acetylation status of the receptor. J. Biol. Chem. 2002; 277(29): 25904-13. https://dx.doi.org/ 10.1074/jbc.M203423200.
  4. Knee D.A., Froesch В.A., Nuber U., Takayama S., Reedet J.C. Structure-function analysis of Bagl proteins. Effects on androgen receptor transcriptional activity. J. Biol. Chem. 2001; 276(16): 12718-24. https://dx.doi.org/10.1074/jbc.M010841200.
  5. Christiaens K., Bevan C.L., Callewaert L., Haelens A., Verrijdt G., Rombauts W. et al. Characterization of the two coactivator-interacting surfaces of the androgen receptor and their relative role in transcriptional control. J. Biol. Chem. 2002; 277(51): 49230-7. https://dx.doi.org/10.1074/jbc.M209322200.
  6. Smirnov A.N. Nuclear receptors: nomenclature, ligands, mechanisms of their effects on gene expression. Biochemistry (Mosc). 2002; 67(9): 957-77. https://dx.doi.org/10.1023/a:1020545200302.
  7. Liegibel U.M., Sommer U., Boercsoek I., Hilscher U., Bierhaus A., Schweikert H.U. et al. Androgen receptor isoforms AR-A and AR-B display functional differences in cultured human bone cells and genital skin fibroblasts. Steroids. 2003; 68(14): 1179-87. https://dx.doi.org/10.1016/j.steroids.2003.08.016.
  8. Дегтярь В.Г., Кушлинский Н.Е. Метаболизм андрогенов. Успехи современной биологии. 2000; 120(1): 48-59.
  9. Bruchovsky N. Androgens and antiandrogens. In: Holland J.E., Bast R.C. Jr., Morton D.L., Frei E. III, Kufe D.W., Weichselbaum R.R., eds. Cancer medicine. 4th ed. Baltimore: Williams and Wilkins; 1997: 1133-48.
  10. Griffiths K., Morton M.S., Nicholson R.I. Androgens, androgen receptors, antiandrogens and the treatment of prostate cancer. Eur. Urol. 1997; 32(Suppl. 3): 24-40.
  11. Mora G.R., Tindall D.J. Activation of androgen receptor. In: Chung L.W.K., Isaacs W.B., Simons J.W., eds. Prostate cancer. Biology, genetics, and the new therapeutics. Totowa, NJ: Humana Press; 2001: 219-39. https://dx.doi.org/10.1007/978-1-59259-009-4.
  12. Roy A.K., Tyagi R.K., Song C.S., Lavrovsky Y., Ahn S.C., Oh T.S. et al. Androgen receptor: structural domains and functional dynamics after ligand-receptor interaction. Ann. N.Y. Acad. Sci. 2001; 949: 44-57. https://dx.doi.org/10.1111/j.1749-6632.2001.tb04001.x.
  13. Martinez E.D., Danielsen M. Loss of androgen receptor transcriptional activity at the G(1)/S transition. J. Biol. Chem. 2002; 277(33): 29719-29. https://dx.doi.org/ 10.1074/jbc.M112134200.
  14. Celotti F., Melcangi R.C., Martini L. The 5 alpha-reductase in brain: molecular aspects and relation to brain function. Front. Neuroendocrinol. 1992; 13(2): 163-215.
  15. Lin T.M., Chang C. Cloning and characterization of TDD5, an androgen target gene that is differentially repressed by testosterone and dihydrotestosterone. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1997; 94(10): 4988-93. https://dx.doi.org/10.1073/pnas.94.10.4988.
  16. Walters K.A. Role of androgens in normal and pathological ovarian function. Reproduction. 2015; 149(4): R193-218. https://dx.doi.org/10.1530/REP-14-0517.
  17. Davison S.L., Davis S.R. Androgens in women. J. Steroid Biochem. Molec. Biol. 2003; 85(2-5): 363-6. https://dx.doi.org/10.1016/s0960-0760(03)00204-8.
  18. Miller W.L., Auchus R.J. The molecular biology, biochemistry, and physiology of human steroidogenesis and its disorders. Endocr. Rev. 2011; 32(1): 81-151. https://dx.doi.org/10.1210/er.2010-0013.
  19. Leinonen P., Ruokonen A., Kontturi M., Vihko R. Effects of estrogen treatment on human testicula unconjugated steroid and steroid sulfate production in vivo. J. Clin. Endocrinol. Metab. 1981; 53(3): 569-73. https://dx.doi.org/10.1210/jcem-53-3-569.
  20. Kalimi M., Regelson W. Physicochemical characterization of
  21. Davison S.L., Bell R., Donath S., Montalto J.G., Davis S.R. Androgen levels in adult females: changes with age, menopause, and oophorectomy. J. Clin. Endocrinol. Metab. 2005; 90(7): 3847-53. https://dx.doi.org/10.1210/jc.2005-0212.
  22. Gleicher N., Kim A., Weghofer A., Kushnir V.A., Shohat-Tal A., Lazzaroni E. et al. Hypoandrogenism in association with diminished functional ovarian reserve. Hum. Reprod. 2013; 28(4): 1084-91. https://dx.doi.org/ 10.1093/humrep/det033.
  23. Крстич Е.В., Краснопольская К.В., Кабанова Д.И. Новые подходы к повышению эффективности ЭКО у женщин старшего репродуктивного возраста. Акушерство и гинекология. 2010; 2: 48-53.
  24. Barad D.H., Gleicher N. Increased oocyte production after treatment with dehydroepiandrosterone. Fertil. Steril. 2005; 84(3): 756. https://dx.doi.org/ 10.1016/j.fertnstert.2005.02.049.

Поступила 01.06.2020

Принята в печать 18.10.2020

Об авторах / Для корреспонденции

Цховребова Линда Таймуразовна, клинический ординатор 2-го года обучения, ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» Минздрава России. Тел.: +7(989)748-48-88. E-mail: linda.tskhovrebova@mail.ru.
117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Шевцова Марина Антоновна, клинический ординатор 2-го года обучения, ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» Минздрава России. Тел.: +7(911)039-13-20. E-mail: marina_981995@mail.ru.
117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Аксененко Артем Анатольевич, сотрудник 1-го гинекологического отделения, ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» Минздрава России. Тел.: +7(926)354-98-60. E-mail: a_axenenko@oparina4.ru.
117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Дуринян Эвелина Рубеновна, к.м.н., заведующая по клинической работе 1-го гинекологического отделения, ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» Минздрава России. Тел.: +7(916)612-99-30. E-mail: e_durinyan@oparina4.ru.
117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Гависова Алла Анатольевна, к.м.н., старший научный сотрудник 1-го гинекологического отделения, ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» Минздрава России. Тел.: +7(916)829-05-90. E-mail: gavialla@yandex.ru.
117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.

Для цитирования: Цховребова Л.Т., Шевцова М.А., Аксененко А.А., Дуринян Э.Р., Гависова А.А. Андрогенные рецепторы и их уникальность.
Акушерство и гинекология. 2020; 12: 62-66
https://dx.doi.org/10.18565/aig.2020.12.62-66

Также по теме

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.