Studio dell'interazione recettore-ligando-coattivatore nel Peroxisome Proliferator-Activated Receptor gamma

Nuclear receptors (NRs) are a superfamily of 48 transcription factors involved in the regulation of numerous cellular processes. The majority of NRs control gene transcription in a ligand-dependent manner through the recruitment of small ligands, as natural substrates or xenobiotics, and of other proteins known as coregulators. Depending on whether an agonist or an antagonist molecule is bound to NR, co-activators or co-repressor can be recruited, respectively, leading to the activation or repression of the transcriptional activity . The Peroxisome Proliferator-Activated Receptor gamma (PPARγ) is among the most studied NRs for its key role in lipid metabolism, inflammation, glucose homeostasis and endothelial functions. Over the years, several synthetic ligands have been developed to treat PPARγ-related diseases like Type II Diabetes, as the full agonist Rosiglitazone. By definition, full agonists induce a strong recruitment of co-activators, often associated with undesirable effects: this has led to an increasing attention to partial agonists as drug candidates. The present work is focused on the partial agonist MRL24 showed, by in vitro studies, to facilitate the specific recruiting of the coactivator-1alpha (PGC-1α), with respect to the Thyroid Hormone Receptor-associated Protein 220 (TRAP220) co-activator. With the aim to rationalize this dissimilar behaviour, Molecular Dynamics (MD) was employed and the different ternary complexes of PPARγ:MRL24 with the two different co-activators were simulated for 1 s. MD analysis as H-bond occupancies calculation and Principal Component Analysis (PCA) pointed out the importance of helix 12 conformation and of the H-bond pattern in favouring a different stabilization of the co-activators within the binding groove, in line with the experimental evidence. Control versus the corresponding MD experiments containing Rosiglitazone was used, together with apo- and no-coactivator simulations.

La superfamiglia dei recettori nucleari (NRs) è composta da 48 fattori di trascrizione che regolano diversi processi cellulari. La maggior parte degli NRs controlla la trascrizione genica mediante il reclutamento di piccole molecole (endogene o xenobiotiche) e di coregolatori. In base alla natura del ligando (agonista o antagonista) reclutato dal recettore, sono legati rispettivamente coattivatori o corepressori, che regolano di conseguenza l’attività trascrizionale. Il peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARγ) è tra gli NRs più studiati a causa del suo ruolo chiave nel metabolismo lipidico e glucidico, nei meccanismi infiammatori e nelle funzioni endoteliali. Negli anni, diversi ligandi sintetici sono stati sviluppati per trattare patologie come il diabete di tipo II: uno dei più conosciuti è il rosiglitazone, che agisce da agonista pieno. Per definizione, un agonista pieno induce un marcato reclutamento di coattivatori, spesso associato ad effetti indesiderati e, di conseguenza, sempre più attenzione viene dedicata allo studio di agonisti parziali. Il presente lavoro si concentra infatti su uno di essi: MRL24. Studi in vitro hanno evidenziato come questo ligando induca un binding preferenziale di PPARγ nei confronti del coattivatore-1alpha (PGC-1α) rispetto al thyroid hormone receptor-associated protein 220 (TRAP220). Per razionalizzare questo comportamento sono state prodotte simulazioni di dinamica molecolare (MD) di sistemi binari e ternari contenenti MRL24, PPARγ e i due coattivatori. L’analisi delle traiettorie (persistenza delle interazioni e principal component analysis) ha evidenziato il ruolo fondamentale dell’elica 12 e l’importanza del pattern di legami idrogeno nella differente stabilizzazione del coattivatore, in linea con i dati sperimentali. In particolare lo scostamento osservato per l’elica 12 si riflette in un posizionamento del TRAP220 non costante e non ottimale, mentre non ha effetti apprezzabili sul legame del PGC1α. Queste prime analisi forniscono una possibile spiegazione meccanicistica dell’effetto di diversi ligandi sulla selettività di PPARγ verso specifici coregolatori.