Un cambio di fosforilazione controlla l'attivazione del recettore degli androgeni in risposta al legame con il ligando

The Androgen receptor (AR) is a steroid hormone nuclear receptor. It is activated by binding to androgens such as testosterone (T) and dihydrotestosterone (DHT). After ligand binding AR translocates to the nucleus where it acts as transcription factor binding to the promoters of specific target genes thus inducing their expression. AR physiological functions have been linked with trophic mechanisms such as male reproductive system development and muscle growth, but it also plays a crucial role in pathologies such as cancer and neurodegeneration. A key point in the regulation of AR activity is represented by post-translational modifications, among which phosphorylation is the most abundant. This work has been focused on the characterization of two phospho-sites: S215 in AR N-terminal domain and S792 in its C-terminal ligand binding domain. They belong to two Akt consensus sites (RXRXXS/T) and, while has been shown that S792 phosphorylation leads to receptor inactivation, the role of phospho-S215 is not clear. Here I show that S215 phosphorylation has a different role depending on the status of the receptor. In a ligand-unbound state, S215 phosphorylation reduces the receptor affinity for the ligand, and in a ligand-bound state S215 phosphorylation enhances the receptor activity. These results imply a cooperative model of inhibition of AR function by phosphorylation at the two sites, and a mutually exclusive model of enhancement of AR function by phosphorylation at the N-t site in the absence of phosphorylation at the other site. In the second part of the work, I found that S215 phosphorylation influences PC cell growth when the receptor is in a ligand-bound state. Moreover, I characterized phospho-S215 in a series of mutations belonging to the two Akt consensus sites (RXRXXS/T) that have been linked with cancer. I observed that the mutation R787Q, which determined a more active AR, resulted in phospho-S215 enhancement. These results confirm the dual role of phospho-S215 also in cancer. Understanding how phospho-S215 is regulated could clarify AR role in cancer and could be important for the development of new treatments for PC and other types of cancer in which AR is involved.

Il recettore degli androgeni appartiene alla classe dei recettori nucleari degli ormoni steroidei. Il recettore si attiva in seguito al legame degli ormoni androgeni quali testosterone e diidrotestosterone. Una volta attivato, il recettore trasloca dal citoplasma al nucleo della cellula dove agisce come fattore di trascrizione legandosi al DNA e attivando la trascrizione dei geni bersaglio. Il ruolo fisiologico del recettore degli androgeni consiste nella regolazione di geni coinvolti nello sviluppo del sistema riproduttivo maschile e nell’aumento della massa muscolare. Tuttavia ricopre un ruolo anche in patologie come cancro e neuro degenerazione. Un punto chiave nella regolazione del recettore è rappresentato dalle modifiche post-traduzionali che esso può subire. Tra queste la fosforilazione è quella più frequente. Questo lavoro di tesi è finalizzato allo studio della fosforilazione del recettore degli androgeni su due residui appartenenti a due siti consenso (RXRXXS/T) riconosciuti dalla chinasi Akt: Serina 215 nel dominio ammino-terminale e Serina 792 nel dominio carbossi-terminale della proteina. È stato dimostrato che la fosforilazione della serina 792 causa la disattivazione del recettore. Il ruolo della fosforilazione della serina 215, invece, non è stato ancora chiarito. In questo lavoro viene dimostrato come il ruolo della fosforilazione della serina 215 cambi in base al fatto che il recettore sia legato o meno al ligando. Quando la S215 viene fosforilata prima dell’arrivo del ligando, questo fenomeno causa una riduzione dell’affinità del recettore per il ligando stesso. Al contrario, se la S215 va incontro a fosforilazione dopo il legame con il ligando, questo evento rappresenta un ulteriore segnale di attivazione per il recettore. Questo implica che ci sia una cooperazione tra le due serine nell’inibire il recettore in assenza di ligando, e l’esclusività come segnale di attivazione della S215 quando il ligando si è legato e la S792 non può essere fosforilata. Nella seconda parte del lavoro, è stato caratterizzato il ruolo della fosforilazione della serina 215 nel cancro alla prostata, confermando che il significato di questa fosforilazione cambia in base allo stato del recettore. Inoltre, sono state caratterizzate una serie di mutazioni nei due siti consenso (RXRXXS/T) che sono state trovate in diversi tipi di cancro. In particolare, la mutazione R787Q determina una maggiore attivazione del recettore ed è associata ad una maggiore fosforilazione della serina 215. Questi risultati confermano il duplice ruolo della fosforilazione della serina 215 anche in cancro. Lo studio di come avviene questa fosforilazione atto a comprendere come essa sia regolata, rappresenta un aspetto importante per lo sviluppo di nuovi trattamenti del cancro alla prostata e anche di altri tipi di cancro nei quali è coinvolto il recettore degli androgeni.