林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓 Room 0861 Tel: 5177, 5975...

96
林林林 (KH Lin): 林林林林林林林 林林林林林林 醫醫醫醫 Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:[email protected]

description

林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓 Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:[email protected]. Nuclear Hormone Receptor is a ligand-dependent transcriptional factor Classes of hormones General properties of nuclear hormone receptors superfamily - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓 Room 0861 Tel: 5177, 5975...

Page 1: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

林光輝 (KH Lin):

生物醫學研究所教授兼副院長

醫學大樓 Room 0861Tel: 5177, 5975

e-mail:[email protected]

Page 2: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Nuclear Hormone Receptor is a ligand-dependent transcriptional factor

 

1. Classes of hormones

2. General properties of nuclear hormone receptors superfamily

3. Functional characterization of nuclear hormone receptors

4. Thyroid hormones and thyroid hormone receptors

5. Hormone response elements: palindromic (inverted repeat), directed repeat, everted repeat.

6. Mechanism of nuclear hormone action Cofactors in two steps dimerization pathway—Coactivators (CoA)-SRC, Corepressor (CoR)-SMRT

Page 3: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

7. Mechanism of transcriptional repression competition for overlapping binding sites

8. Resistance to thyroid hormone (RTH)

9. Transgenic model to study the receptor functions.

Dominant negative activity

10. Thyroid hormone coactivator, corepressor.

11. Mutant nuclear hormone has oncogenic potential

 

Page 4: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Binding of extracellularsignal molecules

Hydrophilic moleculesbind to cell-surface receptors

Hydrophobic moleculesbind to intracellular receptors

*

Page 5: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw
Page 6: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Small molecule coactivators of transcription

Steroids

Page 7: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Small molecule coactivators of transcription

Lipid-Soluble Vitamins & Thyroid Hormone

Vitamin A

Thyroid Hormone

Page 8: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Thyroid hormone receptors

Page 9: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Nuclear Receptor Family

is Large but not ubiquitous: mammals have ~50-60 genes flies 21 worms 270 (!!!) plants 0 yeast 0 Only a handful of physiological ligands

have been identified, (despite many genes, worms lack any

known lipid based endocrine system)

Page 10: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

For a steroid hormone to turn gene transcription on, its receptor must:

•bind to the hormone

•bind to a second copy of itself to form a homodimer

•be in the nucleus, moving from the cytosol if necessary

•bind to its response element

•activate other transcription factors to start transcription.

Page 11: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Steroid hormone receptors are part of the superfamily of nuclear receptors that contains over 30 members.

All members have conserved regions of high homology Hormone binding domain 90% homologous 10% difference accounts for specificity DNA binding domain which contains zinc fingers Receptors are found complexed with heat shock proteins (HSP) Unoccupied receptor held in inactive conformation by HSP Ligand binding releases HSP and exposes DNA binding domain Hormone receptor complex then binds to response elements on

gene and allows transcription to occur

Nuclear receptor family (steroid)

Page 12: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Structure of Intracellular ReceptorsSteroid and thyroid hormone receptors are members of a large group ("superfamily") of transcription factors.

All of these receptors are composed of a single polypeptide chain that has, in the simplest analysis, three distinct domains: A/B, C, E.

Page 13: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Thyroid hormone receptors

Page 14: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw
Page 15: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Thyroid

Thyroid just below the larynx.

Follicular cells secrete T3, T4 (which are “assembled” in colloid).

Parafollicular cells secrete calcitonin, which regulates blood calcium levels.

Page 16: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Thyroid

Page 17: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

EFFECTS

T3: - Stimulates protein synthesis. - Stimulates rate of cellular

respiration. - Increases metabolic rate.

Page 18: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Diseases of the Thyroid

Hypothyroid• Decreased metabolic rate.

• Weight gain.

• Decreased ability to adapt to cold.

• Lethargy.

Hyperthyroid:• weight loss.

• Nervousness, irritability ( 易怒 ).• Intolerance to heat.

• Bulging eyes.

Page 19: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

CTE: JBC:277(28),25115–25124, 2002

Page 20: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

TR isoforms

Page 21: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw
Page 22: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Nuclear hormone receptor: domain structure

Zinc fingerDNA binding domain… inserts into major groove of DNA

Page 23: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw
Page 24: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Steroid hormone receptors family

Page 25: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw
Page 26: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw
Page 27: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw
Page 28: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Hormone response elements

(HRE)

Page 29: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw
Page 30: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

half-sites are arrangedas direct repeats

DNA Sequence

Page 31: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Interaction of Thyroid Hormone Receptors with DNA

Thyroid hormone receptors bind to short, repeated sequences of DNA called thyroid or T3 response elements (TREs), a type of hormone response element.

A TRE is composed of two AGGTCA "half sites" separated by four nucleotides. The half sites of a TRE can be arranged as direct repeats, palindromes or inverted repeats.

Page 32: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

n

n

n

Half site5‘-AGGTCA-3’

IR: inverted repeat

DR: directed repeat

ER: everted repeat

Page 33: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

In the absence of hormone, some intracellular receptors do bind their hormone response elements loosely and silence transcription,

when complexed to hormone, become activated and strongly stimulate transcription.

Page 34: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

“3– 4–5” rule:

VDR: DR3

TR: DR4

RAR: DR5

Endocr Rew: 15:391, 1994.

Page 35: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

The updated hormone action-Two steps model

Page 36: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Ligand-bound state: Binding of T3 to its receptor induces a conformational change in the receptor that makes it incompetent to bind the corepressor complex, but competent to bind a group of coactivator proteins.

The coactivator complex contains histone transacetylase (HAT) activity, which imposes an open configuration on adjacent chromatin. The coactivator complex associated with the T3-bound receptor functions to activate transcription from linked genes.

Page 37: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Thyroid hormone action

T4 T4 T3

Deiodinase

Page 38: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Thyroid hormone action

T3

TR

Thyroid responsive element (TRE)

Transcriptionmachinery

Pol II

Transcriptionalstart site

RXR

Page 39: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

A two-step model for TR/RXR heterodimer receptor activation

Page 40: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Coactivator Annu. Rev. Physiol. 2004. 66:315–60

Page 41: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Corepressor Annu. Rev. Physiol. 2004. 66:315–60

Page 42: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Nuclear receptor function

-Ligand

+Ligand

Page 43: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw
Page 44: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Transcriptional Repression Mechanisms

Page 45: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Mechanismsof TranscriptionalRepression

Page 46: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Histone acetylation is reversible

HDACs (histone deacetylase complexes) remove acetyl groups from N-terminal lysines, restoring their positive charge

Histone deacetylation correlates withtranscriptional inactivation.

Page 47: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Key repression step: Deacetylation of N-terminal lysines

Acetyl groupno positive charge

transcriptional inactivation

Page 48: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw
Page 49: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Resistance to thyroid hormone (RTH)

TR1 mutation

Autosomal dominant disorder

Elevated free thyroid hormones in the serum

TSH elevated or inappropriated normal

Page 50: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Mutation sites for TR1

Page 51: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Resistance to thyroid hormone

Childhood: Failure to thrive, growth retardation

and attention-deficit hyperactivity disorder.

Adults: goitre and tachycardia.

Page 52: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

1. Approximately 60 different mutations in TR have been identified in RTH patients from over 100 families.

2. The clinical phenotype can vary among these families that harbor the same mutation and also vary within a family. This suggests that there maybe other genetic modifiers that determine the phenotype.

3. The mutant TRs had defective dissociation from this corepressor. In general, the release of SMRT correlated with the T3 -binding affinity of the mutant receptors.

Page 53: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

TRTR

TR

TR

Page 54: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Control

(no plasmids)

-T3 +T3

TR1/TR1

TR1/mTR1

Luciferase activity

1.84X

73.4X

21.2X

Thyroid 4: 485, 1994

Page 55: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Mechanism of Dominant Negative Activity

T3T3

T3T3T3T3 T3T3RXRRXR

TRETRE

MMRXRRXR

M

Page 56: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Mutant Thyroid Hormone Receptor

1. Mutation within 3 regions of hormone binding domain (Reduced T3/T4 binding activity).

2. Retain DNA binding.

3. Retain dimerization activity.

4. Are transcriptional inactive.

5. Block normal receptor function (dominant negative activity).

Page 57: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw
Page 58: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Knockout and transgenic mice

Page 59: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

TR1, 2 deleted

Transgenic mice in which both TR-1 and c-erbA-2 have been deleted

(TR-/-) have a more severe phenotype with hypothyroidism, intestinal malformation, growth retardation, and early death shortly after weaning.

Page 60: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

TR TR null (-/-) micenull (-/-) mice1. Abnormal heart rate (20% lower )2. Abnormal body temperature (0.5 degrees C lower ).

3. A mild hypothyroidism. EMBO Journal. 17(2):455-61, 1998

Page 61: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

TR TR null (-/-) micenull (-/-) mice

1. Abnormal intestinal morphology, assessed by a decrease in the number of epithelial cells along the crypt-villus axis and a decrease in proliferating crypt cells.

2. No changes occurred in T3Rbeta (-/-) mice.

Gastroenterology. 116:1367-78, 1999

Page 62: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

TR TR -null (-/-)-null (-/-)

Elevated thyroid hormone levels

Abnormal central regulation of thyrotropin

Develop profound hearing loss J Clinical Investigation. 104:291-300, 1999

Page 63: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

TR TR 2-null (-/-) mice2-null (-/-) mice

1. have preserved expression of the TR 1 and TR 1 isoforms.

2. Develop a central resistance to thyroid hormone

3. Growth hormone gene expression is marginally reduced.

4.TR beta 2-null mice exhibit no evidence of hearing impairment.

5. TR2 may be involved in retinal development.

J Clinical Investigation. 104:291-300, 1999

Page 64: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

A targeted dominant negative mutation of the thyroid hormone alpha 1 receptor causes increased mortality, infertility, and dwarfism in mice.

Proc Natl Acad Sci U S A. 2001 Dec

Page 65: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Thyroid hormone actionThyroid hormone action-Coactivator-Coactivator

Page 66: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw
Page 67: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Coactivator action Annu. Rev. Physiol. 2005. 67:309–33

Page 68: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw
Page 69: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

SRC-1: Steroid receptor coactivator-11. 160 Kda; 1440 aa.

2. In a reporter assay system, enhanced transactivation (5-10X) by the receptors.

3. Contain 3 transferable activation domains.

4. Antagonist RU486 abrogates the ability of SRC- 1 to interact with and coactivate PR. (Science

270:1354,1995).

5. Also call NcoA-1.

6.        LXXLL structure to interact with NRs (AF-2 domain).

7.        SRC-3 (AIB-1) is amplified in many cases of breast cancer. Recruit CBP and PCAF.

Page 70: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Several common features among these putative coactivators.

1. there are multiple putative nuclear hormone receptor interaction sites that seem to bear a signature LXXLL sequence motif in which X represents any amino acid. This sequence has been shown to be important for coactivator binding to nuclear hormone receptors.

2. In the amino-terminal region, there is a basic helix-loop-helix (bHLH) motif, suggesting that these coactivators may bind to DNA.

Page 71: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

PAS: Per-Arnt-Sim homology domain

RID: receptor interacting domain

HAT:histone acetyltransferase

RID

RID

Page 72: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Corepressor

Page 73: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Corepressor action Annu. Rev. Physiol. 2005. 67:309–33

Page 74: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

N-CoR/SMRT

(Nuclear receptor corepressor, Silencing Mediator for Retnoid and Thyroid

receptor)

1.     270 kD. Structural and functional similarity.

2.        Binding to unliganded TR and RARs

3.        Hormone binding results in dissociation of the corepressors.

4.        CoR box in LBD of NR is essential for corepressor binding.

5.        Play an important role in the syndrome of resistance to thyroid hormone.

Page 75: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

6.        binding to antagonist occupied steroid receptors (RU 486/PR, tamoxifen/ER), suggesting that active repression is an important part of hormone antagonist action.

7.        Interact with Sin3A, which in turns interacts with histone deacetylases.

Page 76: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Mutant receptor has oncogenic potential

Thyroid abnormalities and hepatocellular carcinoma in mice transgenic for v-erbA

C Barlow, B Meister, M Lardelli, U Lendahl and B Vennstrom Department of Cell and Molecular Biology, Karolinska Institute,

Stockholm, Sweden.

The EMBO Journal Vol 13, pp.4241-4250, 1994

Page 77: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw
Page 78: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Thyroid hormone receptor (c-erbA) in cancer

1. Retroviral v-erbA oncogene that contributes to the appearance of erythroleukemia and sarcomas in bird. (Sap. et al., 1986 )

4. v-erbA encodes a highly mutanted chicken TRα1 protein that does not bonding T3 and constitutive repressor of TR genes. (Yen et al.,1994) l

2. v-erbA transgenic mice develop hepatocellular carcinomas. (Barlow et al., 1994)

3. A knockin mutant mouse by targeting a mutation (PV) into TRβ gene, spontaneously develop follicular thyroid carcinoma. (Kato et al., 2004)

(c-erbA)

Page 79: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

4. The evidence of alterations that affect TR genes, their expression and the activity of their protein products in human cancer. These alterations include: ● Deletion ● Gene rearrangement ● Hypermethylation ● Aberrant splicing ● Point mutation (dominant negative) ● Overexpression of inhibitory variant

(Jose et al., 2003)

Page 80: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Aim

To determine the role of thyroid hormone receptor (TR) during hepato-carcinogenesis

Page 81: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Pituitary tumor-transforming Gene 1

1. PTTG1 is characterized proto-oncogene that was originally cloned from a rat pituitary tumor. (Dominguez et al.1998)

2. hPTTG1 cDNA encodes a protein of 202 amino acids.

3. PTTG1 is highly expressed in various human tumors, including pituitary, adrenal, kidney, liver, and ovarian tumors. (Molec. Endocr. 13: 156-166, 1999)

Page 82: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Reduce expression or complete loss of normal TR function (Lin et al, 1999)

Out of control in T3-Regulated Gene

Hepatocellular carcinoma

Overexpression of PTTG1/Furin

Hypothesis

Page 83: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Effect of T3 on PTTG1 protein expression in HepG2 cell lines

Page 84: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

To clarify whether Sp family does indeed activated the PTTG1 promoter

Page 85: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Sp1 activates PTTG1 transcription by directly bindingto the Sp1 sites located between -620 and -512 bp

Page 86: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

T3 mediates repressed Sp1 by specifically decreasingthe PTTG1 expression in HepG2-TRα1 cells

Page 87: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

The PTTG1 was regulated by TR through Sp1 in human HCC specimens

29/107 (27.1%)

Linear regression analysis (T/N ratios)

Page 88: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Summary

1. PTTG1 gene was mediated by Sp1 and indirectly down-regulated by T3.

2. T3/TR plays a suppressor role in hepatocarcinogenesis. Cancer Research :68(6),1697-1706, 2008

Page 89: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Furin

Furin is a proprotein convertases that process latent precursorproteins into their biologically active products .

Furin substrates are: proparathyroid hormone, transforming growth factor beta 1 precursor, proalbumin, pro-beta-secretase, membrane type-1 matrix metalloproteinase, PDGF, IGF1, beta subunit of pro-nerve growth factor .

This gene is thought to play a role in tumor progression.

Page 90: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Activation of furin by T3 in HepG2 cell lines

mRNA

protein

Page 91: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

The experimental protocol

Page 92: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Furin over-expression induced by T3 o r TGF-β enhances HepG2-TRα1 cell invasion in SCID mice

Page 93: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw
Page 94: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Co-operative model for T3-and TGFβ-activated furin gene expression

Page 95: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

Conclusion

T3 directly regulates furin gene expression, thereby enhancing its invasiveness.

Endocrinology, 149, 3817, 2008.

Page 96: 林光輝 (KH Lin): 生物醫學研究所 教授兼副院長 醫學大樓  Room 0861 Tel: 5177, 5975 e-mail:khlin@mail.cgu.tw

References and Reviews

•Brent GA: Mechanisms of disease: The molecular basis of thyroid hormone action. New Eng J Med 331:847-853, 1994.

•Tsai M, O'Malley BW: Molecular mechanisms of action of steroid/thyroid receptor superfamily members. Annu Rev Biochem 63:451-486, 1994.

•Zhang J, Lazer MA: The mechanism of action of thyroid hormones. Annu Rev Physiol 62:439-466, 2000.

Yen,PM Physiology and molecular basis of thyroid hormone action Physiological Review 81, 10971142. 2001.

Annu. Rev. Physiol. 2004. 66:315–60

Annu. Rev. Physiol. 2005. 67:309–33