Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6953

Molecular Chaperones and Cochaperones as Regulators of the Transcriptional Activity of the Glucocorticoid Receptor

Wei Hong

Abstract
Glucocorticoids play important roles in anti-inflammation, immnunosuppression and induction of apoptosis. Glucocorticoids function via binding to the glucocorticoid receptor (GR) which is localized in the cytoplasm of glucocorticoid target cells. The action of the GR is modulated by molecular chaperones and cochaperones that interact with the aporeceptor to provide the correct conformation for hormone binding. Recent studies suggest that the molecular chaperones and cochaperones may also act in the nucleus to modulate the transcriptional activity of the GR. Bag-1M, a member of the Bag1 family of cochaperones, is transported by the GR from the cytoplasm into the nucleus where it inhibits the transcriptional activity by the receptor, but does not affect the action of the structurally related mineralocorticoid receptor. However the mechanism by which it inhibits the action of the receptor is not known. In this study, the modes of action of Bag-1M in inhibiting GR-mediated transactivation have been analyzed. The hinge region of the GR was found to be essential for Bag-1M-mediated repression of the transactivation by the receptor. Bag-1M binds to lysine 496 and isoleucine 497 in the hinge region of the GR to inhibit DNA binding by the receptor in a process that requires ATP hydrolysis. Using a combination of siRNA and chromatin immunoprecipitation techniques, it has also been demonstrated that inhibition of the DNA binding by the receptor is one of two ways by which Bag-1 negatively regulates GR action. The second mechanism occurs through the recruitment of histone deacetylases 1 and 2 to glucocorticoid regulated genes to repress their action once the GR had bound Bag-1M. This action of Bag-1M is cell type specific, since it was observed in kidney cells but not cervical or hepatoma cells. The negative regulation of GR activity may therefore be relevant in kidney cells that possess both glucocorticoid and mineralocorticoid action where the action of the glucocorticoid needs to be downregulated for the mineralocorticoid receptor to function.

Molekulare Chaperon und Cochaperon als Regulatoren der Transkriptionellen Aktivität des Glukokorticoid Rezeptors

Zusammenfassung
Glukokortikoide spielen eine wichtige Rolle bei der Hemmung von Entzündungsreaktionen, Immunsuppression und Induktion von Apoptose. Diese Eigenschaften werden durch den Glukokortikoidrezeptor (GR) vermittelt, der im Cytoplasma der Zielzellen lokalisiert ist. Die Wirkung des Glukokortikoidrezeptors kann durch molekulare Chaperone und Cochaperone moduliert werden. Die simple Interaktion dieser Proteine mit dem Aporezeptor gewährleistet die korrekte Konformation des Rezeptorproteins, welche Vorraussetzung für die Liganden-Bindung ist, wobei der Einfluss der Chaperone auf die transkriptionelle Kontrolle durch den GR auf einer mehr aktiven Rolle basiert. Das Bag-1 Protein, ein Mitglied der Bag-1 Chaperon-Familie, wird mit dem GR aus dem Cytoplasma in den Zellkern transportiert, wo es die transkriptionelle Aktivität von GR-regulierten Genen hemmt. In dieser Arbeit wurde die Wirkungsweise untersucht, die der Hemmung der GR-vermittelten Transaktivierung durch das Bag-1M-Protein zugrunde liegt. Die hinge Region des Glukokortikoidrezeptors ist für die Bag-1M-vermittelte Repression der GR-abhängigen Transaktivierung essentiell. Das erste Ergebnis dieser Arbeit zeigte, dass Bag-1M mit den Aminosäuren Lysin 496 und Isoleucin 497 in der hinge Region des GR interagiert und dabei die Fähigkeit des Rezeptors an die DNA zu binden in einem ATP-abhängigen Prozess inhibiert. Unter Verwendung von siRNA-Techniken und Chromatin-Immunopräzipitation-Analysen wurde gezeigt, dass Bag-1M GR-regulierte Gene in negativer Weise kontrolliert. Darüber hinaus wurde betätigt, dass die Beeinträchtigung der DNA-Bindung des Rezeptors ein Mechanismus ist, durch den Bag-1M die Wirkung des GR negativ reguliert. Die zweite Entdeckung demonstrierte, dass Bag-1M, im Anschluss an die Bindung des GR Bag-1M, Histon-Deacetylasen zu Glukokortikoid-regulierten Genen rekrutiert, um so deren transkriptionelle Aktivität zu hemmen. Diese Wirkung ist jedoch zelltypspezifisch. Demnach erfolgt die Hemmung der GRabhängigen Transaktivierung durch Bag-1M nach zwei unterschiedlichen Mechanismen. Die biologische Bedeutung dieser Ergebnisse wurde erörtert, wobei postuliert wurde, dass es sich hierbei um ein spezifisches Phänomen kortikosteroid (glukokortikoider und mineralokortikoider) Wirkung handelt. Sowohl der GR als auch der Mineralokortikoidrezeptor (MR), können durch Glukokortkoide aktiviert werden, obwohl sie unterschiedliche Funktionen besitzen. In Geweben, die beide Rezeptorproteine aufweisen, ist ein Weg zwischen den Rezeptortypen zu unterscheiden, die Aktivität des eine, jedoch nicht des anderen Rezeptors zu herabzusetzen. Dies scheint die Aufgabe des Bag-1M Proteins zu sein, da es ausschließlich die Wirkung des GR und nicht die des MR hemmt.

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