Receptor GPER – nowy gracz w sygnalizacji

Receptor GPER – nowy gracz w sygnalizacji

Receptor GPER – nowy gracz w sygnalizacji estrogenowej
Adam I. Cygankiewicz
Damian Jacenik
Wanda M. Krajewska
Katedra Cytobiochemii, Wydział Biologii
i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Łódzki, Łódź
Katedra Cytobiochemii, Wydział Biologii
i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Łódzki, ul. Pomorska 141/143, 90-236 Łódź; tel.:
(42) 635 44 87, faks: (42) 635 44 84, e-mail:
[email protected]

Artykuł otrzymano 20 października 2014 r.
Artykuł zaakceptowano 16 grudnia 2014 r.
Słowa kluczowe: GPER, receptor estrogenów oddziałujący z białkami G, sygnalizacja estrogenowa
Wykaz skrótów: EGFR (ang. epidermal
growth factor receptor) — receptor czynnika wzrostu naskórka; ER (ang. estrogen receptor) — receptor estrogenów; ERK (ang.
extracellular regulated kinase) — kinaza regulowana sygnałem zewnątrzkomórkowym;
GPCR (ang. G protein-coupled receptor) —
rodzina receptorów zawierających siedem
domen transmembranowych i oddziałujących z białkami G; GPER (ang. G protein-coupled estrogen receptor) — receptor estrogenów oddziałujący z białkami G; HB-EGF
(ang. heparin-binding EGF-like growth factor)
— czynnik wzrostu naskórka wiążący heparynę; MMP (ang. matrix metalloproteinase)
— metaloproteinaza macierzy zewnątrzkomórkowej; SERD (ang. selective estrogen
receptor-down regulator) — selektywne negatywne regulatory receptorów estrogenów;
SERM (ang. selective estrogen receptor modulator) — selektywne modulatory receptorów estrogenów
52
STRESZCZENIE
N
ajnowsze badania wykazują, że estrogeny oddziałują na komórki i tkanki nie tylko za
pośrednictwem dwóch kanonicznych receptorów estrogenów ERα i ERβ, ale także poprzez receptor oddziałujący z białkami G, określany obecnie akronimem GPER, poprzednio
GPR30, należący do nadrodziny receptorów zawierających siedem domen transmembranowych. Receptor GPER okazał się być odpowiedzialny zarówno za uruchamianie szybkiej
niegenomowej odpowiedzi na estrogeny, jak i regulację transkrypcji. Za pośrednictwem receptora GPER aktywowane są szlaki sygnalizacyjne MAPK i PI3K, ma miejsce aktywacja
cyklazy adenylanowej i uwalnianie jonów wapnia z wewnątrzkomórkowych magazynów,
a także ekspresja genów, w tym FOS i CTGF. Identyfikacja agonistów i antagonistów receptora GPER pozwoliła na pełniejsze poznanie udziału sygnalizacji estrogenowej w biologii
i patobiologii tkanek hormonozależnych, jak również znaczenia w terapiach estrogenowych
i antyestrogenowych. Stosowane w różnych schematach leczenia antyestrogeny takie jak tamoksyfen, raloksyfen czy fulwestrant okazały się być agonistami receptora GPER, co niewątpliwie nie pozostaje bez znaczenia dla skuteczności stosowanej terapii.
WPROWADZENIE
Estrogeny należą do hormonów steroidowych odpowiedzialnych za prawidłowy rozwój i utrzymanie homeostazy organizmu. Zaburzenia szlaków sygnalizacyjnych w odpowiedzi na estrogeny są przyczyną/skutkiem wielu patologii
takich jak nowotwory, choroby układu krążenia, choroby neurodegeneracyjne,
metaboliczne czy układu odpornościowego.
W klasycznym szlaku sygnalizacji estrogenowej uczestniczą receptory jądrowe ERα i ERβ (ang. estrogen receptor) o funkcji czynników transkrypcyjnych.
Estrogeny wiążą się z receptorami ERα i ERβ, które w wyniku zmian konformacyjnych i odłączeniu białek opiekuńczych HSP (ang. heat shock protein) ulegają homo- lub heterodimeryzacji i translokacji do jądra komórkowego, gdzie
oddziałując bezpośrednio z sekwencjami regulatorowymi ERE (ang. estrogen
response element) zlokalizowanymi w regionach promotorów i enhancerów lub
pośrednio w wyniku oddziaływania z innymi czynnikami transkrypcyjnymi regulują ekspresję genów docelowych na tak zwanej drodze genomowej.
Ten szlak sygnalizacyjny nie wyjaśnia jednak szybkich zmian w metabolizmie
komórek po ekspozycji na estrogeny. Poza klasycznym modelem transmisji sygnału indukowanej przez układ receptor/ligand zidentyfikowane zostały mechanizmy niegenomowe, w których biologiczne efekty estrogenów nie wynikają
z oddziaływania receptorów estrogenów bezpośrednio czy pośrednio z DNA.
Wyniki badań pokazują, że w niegenomowe mechanizmy działania estrogenów
zaangażowane są receptory estrogenów związane z błoną komórkową [1-5].
W 2000 roku Filardo i wsp. [6] wykazali, że szybka odpowiedź na 17β-estradiol
(E2) wynika z aktywacji kinaz ERK (ang. extracellular regulated kinase) w sposób
niezależny od kanonicznych receptorów ERα i ERβ, a zależny od zawierającego
siedem domen transbłonowych sierocego receptora oddziałującego z białkami
G. Receptor ten określony jako GPR30 (ang. G protein-coupled receptor 30) zidentyfikowany został w drugiej połowie lat 90. [7-11]. W 2005 roku Thomas i wsp. [12]
oraz Revankar i wsp. [13] udowodnili, że 17β-estradiol jest ligandem receptora
GPR30, który uczestniczy w sygnalizacji estrogenowej na drodze niegenomowej.
W obecności estrogenów w komórkach transfekowanych receptorem GPR30
stwierdzono wzrost przekaźników sygnału drugiego rzędu, tj. cAMP i jonów
wapnia. Na podstawie homologii sekwencji oraz mechanizmu działania receptor
GPR30 zaklasyfikowany został do klasy I nadrodziny receptorów zawierających
siedem domen transbłonowych (7TM, ang. seven transmembrane) oddziałujących
z białkami G (GPCR, ang. G protein-coupled receptor) i określony akronimem
GPER (ang. G protein-coupled estrogen receptor) w 2007 roku [14,15]. Synonimawww.postepybiochemii.pl
mi rekomendowanego akronimu GPER są: GPER1, GPR30,
CEPR, CMKRL2, DRY12, FEG-1, LERGU, LERGU2, LyCPR,
GPCR-Br.
Receptor GPER jest obecny w wielu komórkach i tkankach. Jego produkcję stwierdzono między innymi w jajnikach, macicy, łożysku, jądrach, prostacie, szpiku kostnym,
węzłach chłonnych, grasicy, kościach, mięśniach gładkich
i szkieletowych, mózgu, naczyniach krwionośnych, sercu,
płucach, nerkach, wątrobie czy jelicie. W odpowiedzi na sygnał zewnątrzkomórkowy receptor GPER poprzez szybki
niegenomowy mechanizm wydaje się regulować wiele fizjologicznych funkcji organizmu w sposób nie tylko niezależny od klasycznych receptorów ER, ale często wywołując
odmienny w stosunku do nich efekt biologiczny. Wykazano, że receptor GPER odgrywa rolę w rozwoju i funkcjonowaniu układu rozrodczego, mineralizacji kości, regulacji
gospodarki energetycznej, ciśnienia krwi i czynności skurczowej serca, reakcji odpornościowych i stanów zapalnych
oraz sprawności poznawczej i neuroprotekcji [15].
GEN RECEPTORA GPER
Pierwsze doniesienia o identyfikacji genu receptora
GPER pochodzą z ostatniej dekady ubiegłego wieku [7,16].
Gen dla ludzkiego receptora GPER składa się z trzech eksonów i położony jest na krótkim ramieniu chromosomu 7 w
prążku 22 (7p22). Sekwencja kodująca funkcjonalne białko
znajduje się w eksonie trzecim (http://www.ncbi.nlm.nih.
gov/gene/2852). Porównanie sekwencji cDNA dla receptora GPER ujawniło 95% podobieństwo genu GPER chomika,
myszy, szczura oraz człowieka [17]. Analiza bioinformatyczna genu GPER wskazuje na obecność wielu potencjalnych miejsc wiązania czynników transkrypcyjnych. W
regionie flankującym kodujący koniec 5’ genu GPER zweryfikowane zostało eksperymentalnie miejsce AP-1 (ang.
activation protein-1 site). W regulacji syntezy receptora GPER
udowodniono udział czynników wzrostu EGF (ang. epidermal growth factor) i TGFα (ang. tumor growth factor α) oraz
białka FOS (ang. FBJ osteosarcoma) [18-20].
W rejonie genu GPER stwierdza się występowanie ponad
300 polimorfizmów pojedynczego nukleotydu (SNP, ang.
single nucleotide polymorphism; http://www.ncbi.nlm.nih.
gov/snp/?term=gper). Znaczenie wariantów polimorficznych genu GPER nie jest poznane. Dotychczasowe wyniki
badań sugerują, że SNPs rs3808350, rs3808351 i rs10269151
w regionie 5’-UTR oraz rs4266553 i rs10235056 w regionie
3’-UTR mogą odgrywać rolę w regulacji ekspresji genu
GPER. Natomiast SNP rs11544331 zlokalizowany w obrębie
regionu kodującego może prowadzić do zmiany struktury
i funkcji białka GPER w wyniku wymiany reszty Pro na
Leu w pozycji 16. łańcucha polipeptydowego. Statystycznie
istotną korelację polimorfizmu rs10235056 i ekspresji genu
GPER stwierdzono w komórkach limfoblastycznych [21].
Badania pacjentek ze zdiagnozowanym nowotworem piersi
wskazują, że w przypadku polimorfizmu rs3808350 układ
alleli A i G koreluje z syntezą receptorów estrogenów i progesteronu, natomiast polimorfizm rs3808351 i rs11544331
wykazuje związek z wielkością i stopniem zaawansowania
histologicznego nowotworu oraz obecnością przerzutów
do węzłów chłonnych [22]. W przypadku przypadku SNPs
Postępy Biochemii 61 (1) 2015
rs3808350 i rs3808351 stwierdzono statystycznie częstsze
występowanie homozygoty AA u pacjentów cierpiących na
nasieniaki niż w populacji kontrolnej [23]. Pomimo, że nie
wykazano statystycznych różnic między grupą pacjentów
cierpiących na idiopatyczną skoliozę a grupą kontrolą, wydaje się, że SNPs rs3808351, rs10269151 i rs4266553 mogą
być zaangażowane w rozwój tej patologii [24].
STRUKTURA RECEPTORA GPER
Receptor GPER zbudowany jest z pojedynczego łańcucha polipeptydowego o masie cząsteczkowej około 42 kDa,
który zawiera 375 reszt aminokwasowych. Na podstawie
homologii strukturalnej zaliczany jest on do klasy I receptorów 7TM zbliżonych do rodopsyny. W jego strukturze,
podobnie jak w przypadku wszystkich receptorów 7TM,
występuje siedem hydrofobowych regionów α-helikalnych
stanowiących domeny transbłonowe (TM, ang. transmembrane). Sugeruje się, że α-helisy tworzą reszty aminokwasowe w pozycjach 63-84, 97-120, 133-153, 176-194, 221-236,
260-280 oraz 307-327. Kolejne α-helisy połączone są ze sobą
trzema pętlami zarówno po stronie zewnątrzkomórkowej
(ECL, ang. extracellular loop), jak i wewnątrzkomórkowej,
cytoplazmatycznej (ICL, ang. intracellular loop). Na pograniczu trzeciej domeny transbłonowej (TM3) i drugiej pętli
wewnątrzkomórkowej (ICL2) zlokalizowany jest charakterystyczny dla receptorów 7TM klasy I motyw sekwencyjny
Asp-Arg-Tyr. Obecność zachowanych w ewolucji dwóch
reszt cysteiny w pętlach zewnątrzkomórkowych ECL1
(Cys130) oraz ECL2 (Cys205/207) sugeruje tworzenie się mostka
disiarczkowego.
N-koniec białka znajdujący się po stronie zewnątrzkomórkowej charakteryzuje się obecnością N-acetylowanej
reszty metioniny oraz trzech potencjalnych miejsc N-glikozylacji (Asn25, Asn32, Asn44). Na podstawie homologii z receptorami 7TM klasy I białka G łączą się z receptorem GPER
najprawdopodobniej poprzez trzecią pętlę cytoplazmatyczną (ICL 3) [7-11,17,25,26].
LOKALIZACJA RECEPTORA GPER
Chociaż receptor GPER zaliczany jest do błonowych receptorów estrogenów (mER, ang. membrane-bound estrogen
receptor), to jego lokalizacja w komórce nie jest jednoznacznie
określona. W 2005 roku Revankar i wsp. [13] opublikowali
wyniki badań wskazujące, że receptor GPER zlokalizowany jest w siateczce śródplazmatycznej. W tym samym roku
Thomas i wsp. [12] dostarczyli dowodów sugerujących, że
receptor GPER, podobnie jak receptory 7TM, związany jest
z błoną komórkową. W kolejnych doświadczeniach Revankar i wsp. [27] wykorzystując pochodne estrogenów o różnej
zdolności przechodzenia przez błonę komórkową, potwierdzili wewnątrzkomórkową lokalizację receptora GPER w
linii komórkowej fibroblastów nerki małpy zielonej COS7.
Obecność receptora GPER w siateczce śródplazmatycznej
stwierdzono również w komórkach jajników chomika, a
także w linii embrionalnych komórek ludzkiej nerki HEK293 oraz w liniach komórkowych wywodzących się z komórek nowotworowych HEC-50 i MDA-MB231 [28,29].
Lin i wsp. [30] udowodnili współwystępowanie receptora
GPER i kalneksyny, markera siateczki śródplazmatycznej,
53
w komórkach endometrium H-38. Wewnątrzkomórkową
lokalizację, ale związaną z aparatem Golgiego sugerują
badania neuronów oksytocynoergicznych oraz neuronów
hipokampa [31,32]. Lokalizację cytoplazmatyczną receptora GPER potwierdzają również badania spermatocytów
szczura [33]. Natomiast w linii komórek śródbłonka naczyń
krwionośnych HUVEC (ang. human umbilical vein endothelial
cells) czy w komórkach CAF (ang. cancer assiociated fibroblasts) receptor GPER został zlokalizowany głównie w jądrach
komórkowych [34-36].
Z kolei wyniki badań neuronów piramidowych CA2
hipokampa szczura, komórek HEK-293 transfekowanych
GPER cDNA oraz jajników Micropogonias undulatus jednoznacznie wskazują na lokalizację receptora GPER w błonie
komórkowej [37-40]. Li i wsp. [41] wykorzystując barwienie
immunofluoroscencyjne i analizę za pomocą skaningowego konfokalnego mikroskopu laserowego zaobserwowali,
że również w oocytach myszy, dojrzewających zarówno w
warunkach in vitro, jak i in vivo, receptor GPER zlokalizowany jest w błonie komórkowej. Jak stwierdzono w przypadku
myometrium, błony mięśniowej macicy, receptor GPER często współwystępuje w błonie komórkowej z kaweoliną [42].
Funakoshi i wsp. [37] wykazali, że w komórkach HeLa
wywodzących się z raka szyjki macicy, transfekowanych
FLAG-GPER, receptor GPER w obecności 17β-estradiolu
ulega translokacji z błony komórkowej do cytoplazmy. Na
translokację receptora GPER wskazują również wyniki badań Wanga i wsp. [28] oraz Chenga i wsp. [47,48], którzy sugerują, że receptor GPER na drodze endocytozy przemieszcza się z błony komórkowej do cytoplazmy. Efekt biologiczny receptora GPER wydaje się zależeć od jego poziomu w
błonie komórkowej [49].
SZLAKI SYGNALIZACYJNE AKTYWOWANE
PRZEZ RECEPTOR GPER
Receptor GPER poprzez zarówno heterodimer βγ białek
G, jak i podjednostkę Gαs indukuje wiele szlaków przekazywania sygnałów, m. in. aktywując kinazy MAPK (ang. mitogen activated protein kinases) i PI3K (ang. phosphoinositide 3-kinase), fosfolipazę C (PLC) czy cyklazę adenylanową (AC)
[6,12,13,50-52]. Szlaki sygnałowe indukowane za pośrednictwem receptora GPER przedstawia rycina 1. Uruchomienie
szlaku kinaz MAPK czy PI3K odbywa się wyniku transaktywacji receptora naskórkowego czynnika wzrostu (EGFR,
ang. epidermal growth factor receptor) [6]. Za przekazanie sygnału odpowiada heterodimer βγ białek G, który aktywuje
niereceptorową kinazę tyrozynową SRC (ang. sarcoma),
która z kolei poprzez białko adaptorowe SHC (ang. Src
homology 2 domain containing) oddziałuje z integryną α5β1.
Nie można wykluczyć, że błonowa, cytoplazmatyczna
lub jądrowa lokalizacja receptora GPER zależy od typu
komórek, a w określonym typie komórek od określonych
czynników wewnątrz- i zewnątrzkomórkowych, mechanizmów dojrzewania oraz statusu receptora. Cheng i wsp.
[43] analizując lokalizację receptora GPER w kanalikach nerkowych stwierdzili jego lokalizację
wewnątrz komórki w przypadku
kanalików dystalnych i pętli Henlego, a w błonie komórkowej w
przypadku kanalików proksymalnych. Badania nad lokalizacją receptora GPER w linii komórkowej
osteocytów MLO-Y4 wykazały, że
znakowany fluoroscencyjnie receptor GPER, chociaż widoczny głównie w błonie komórkowej, obecny
jest również w cytoplazmie. Jednocześnie w swoich badaniach Ren
i Wu [44] wykluczyli lokalizację
receptora GPER w jądrach komórkowych. Chevalier i wsp. [23,45]
sugerują, że w przypadku nasieniaka, nowotworu germinalnego
jąder, około 20% receptora GPER
1. Transaktywacja receptora EGFR (oznaczona kolorem ciemnoniebieskim) i główne szlaki sygnalizacyjne
znajduje się w błonie komórkowej, Rycina
aktywowane przez receptor GPER (oznaczone kolorem jasnoniebieskim). AC (ang. adenylate cyclase) — cyklaza adenya pozostałe 80% w cytoplazmie. lanowa; AKT (ang. Ak strain transforming murine thymoma viral oncogene) — serynowo-treoninowa kinaza białek; CTGF
Błonową i cytoplazmatyczną loka- (ang. connective tissue growth factor) — czynnik wzrostu tkanki łącznej; DAG (ang. diacylglycerol) — 1,2-diacyloglicerol;
(ang. epidermal growth factor receptor) — receptor czynnika wzrostu naskórka; ERK (ang. extracellular regulated
lizację potwierdzają wyniki badań EGFR
kinase) — kinazy regulowane sygnałem zewnątrzkomórkowym; FOS (ang. FBJ osteosarcoma) — białko wchodzące w
Sanden i wsp. [46]. Sugerują one, że skład czynnika transkrypcyjnego AP-1 (ang. activating protein 1); G α/β/γ (ang. G protein subunit) — podjednostki białw liniach nabłonkowych komórek ka G; GPER (ang. G protein-coupled estrogen receptor) — receptor estrogenów oddziałujący z białkami G; HB-EGF (ang.
heparin-binding EGF-like growth factor) — czynnik wzrostu naskórka wiążący heparynę; IP3 (ang. inositol triphosphate)
nerki psa MDCK oraz raka prze- — inozytolo-1,4,5-trisfosforan; MAPK (ang. mitogen activated protein kinases) — kinazy aktywowane mitogenami; MEK
wodowego piersi T47-D receptor (ang. MAPK/ERK kinase) — kinazy MAPK regulowane przez sygnały zewnątrzkomórkowe; MMP (ang. matrix metalGPER związany jest z filamentami loproteinase) — metaloproteinaza macierzy zewnątrzkomórkowej; PI3K (ang. phosphatidylinositol 3-kinase) — 3-kinaza
fosfatydyloinozytolu; PKA (ang. protein kinase A) — kinaza białek A; PKC (ang. protein kinase C) — kinaza białek C; PLC
pośrednimi, a nie siateczką śród- (ang. phospholipase C) — fosfolipaza C; RAF (ang. rapidly accelerated fibrosarcoma) — kinaza serynowo-treoninowa; RAS
plazmatyczną, aparatem Golgiego (ang. rat sarcoma) — małe białko G; SHC (ang. Src homology 2 domain containing) — białko adaptorowe zawierające domenę homologiczną do domeny 2 kinazy SRC; (ang. sarcoma) — niereceptorowa kinaza tyrozynowa
czy mikrotubulami.
54
www.postepybiochemii.pl
Powstający kompleks, w sposób zależny od fibronektyny,
aktywuje metaloproteinazy macierzy zewnątrzkomórkowej
(MMP, ang. matrix metalloproteinases), które ze związanego
z błoną komórkową prekursora czynnika wzrostu naskórka wiążącego heparynę pro-HB-EGF (ang. heparin-binding
EGF-like growth factor) uwalniają dojrzałą, aktywną formę
HB-EGF. Czynnik HB-EGF wiąże się z receptorem EGFR,
co w konsekwencji prowadzi do aktywacji białka RAS (ang.
rat sarcoma) i ostatecznie za pośrednictwem kinazy serynowo-treoninowej RAF (ang. rapidly accelerated fibrosarcoma)
do aktywacji kinazy ERK (ang. extracellular signal-regulated
kinase), a za pośrednictwem kinazy PI3K do aktywacji kinazy AKT (ang. Ak strain transforming murine thymoma viral
oncogene) [13,49,51,53-55]. Sugeruje się, że transaktywacja
receptora EGFR odbywa się nie tylko przy udziale integryny α5β1, ale również kinazy sfingozyny [56].
Receptor GPER poprzez podjednostkę Gαs uczestniczy w
aktywacji cyklazy adenylanowej [12,38,52,57]. Wzrost poziomu cAMP prowadzi do aktywacji kinazy PKA i w konsekwencji fosforylacji czynnika transkrypcyjnego CREB (ang.
cAMP response element binding protein) czy aktywacji ścieżek
sygnałowych w mięśniach gładkich naczyń krwionośnych
[58-60]. Wyniki badań sugerują, że receptor GPER uczestniczy również w powstawaniu inozytolo-1,4,5-trisfosforanu
(IP3), mobilizacji jonów wapnia i aktywacji kinaz PKC, a także niektórych kanałów jonowych [13,38,61-67].
W 2014 roku Pupo i wsp. [68] udowodnili, że 17β-estradiol
poprzez receptor GPER aktywuje szlak Notch i w konsekwencji wzrost zawartości represorów transkrypcji HES1
(rodzina bHLH) i SNAIL1 (rodzina Zinc-finger) zależnych
od wewnątrzkomórkowej domeny Notch1 (N1ICD, ang.
Notch1 intracellular domain) uwalnianej w wyniku działania
γ-sekretazy.
Jak wykazały liczne eksperymenty, receptor GPER, obok
udziału w szybkiej odpowiedzi na estrogeny poprzez niegenomowe mechanizmy, wydaje się regulować ekspresję
określonych genów, w tym własnego genu GPER, na drodze genomowej w sposób niezależny od receptora ERα
[18,20,50,59,69-71]. Do genów aktywowanych w obecności
estrogenów przez receptor GPER poprzez mechanizmy zależne od EGFR i ERK należą geny kodujące białka wczesnej
odpowiedzi FOS (ang. FBJ osteosarcoma) i EGR1 (ang. early
growth response 1) czy czynnik wzrostu tkanki łącznej CTGF
(ang. connective tissue growth factor), a także geny cyklin A,
D i E [35,72-79].
Ponadto jądrowa lokalizacja receptora GPER, w którą
zaangażowana jest importyna, wydaje się być związana z
jego aktywnością jako czynnika transkrypcyjnego [36]. Wyniki badań De Francesco i wsp. [79] wskazują, że w warunkach hipoksji receptor GPER w kompleksie z czynnikiem
transkrypcyjnym HIF-1α (ang. hypoxia inducible factor-1α)
rekrutowany jest do regionu promotorowego genu kodującego proangiogenny czynnik wzrostu VEGF (ang. vascular
endothelial growth factor). Wykazano również, że w obecności
17β-estradiolu receptor GPER w kompleksie ze zaktywowanym receptorem EGFR (zawierającym resztę fosfotyrozyny
w pozycji 1173) lokalizuje się w regionie promotorowym
cykliny D1. Mechanizm pozwalający na jądrową lokalizację
Postępy Biochemii 61 (1) 2015
tych dwóch błonowych receptorów pozostaje jednak niewyjaśniony [35].
LIGANDY RECEPTORA GPER
Naturalnym, występującym w organizmie wspólnym
ligandem receptora GPER oraz kanonicznych receptorów ERα i ERβ jest 17β-estradiol, będący małą cząsteczką
bez elastyczności konformacyjnej [12,13]. Wykazano, że
17β-estradiol aktywuje kinazy MEK/ERK szlaku MAPK,
zarówno w komórkach zawierających receptory estrogenów
ERα i ERβ, jak i w komórkach pozbawionych tych receptorów, promując ich proliferację i potencjał inwazyjny [80].
Współwystępowanie receptora GPER i znakowanego fluorescencyjnie estradiolu oraz testy wiązania agonistów potwierdzają, że ligandem receptora GPER jest 17β-estradiol
[81-83]. Nieaktywny izomer estradiolu, tj. 17α-estradiol nie
wywołuje odpowiedzi wapniowej za pośrednictwem receptora GPER nawet w stężeniu 1000-krotnie przewyższającym
stężenie 17β-estradiolu [13]. Również estron i estriol wykazują niskie powinowactwo do receptora GPER, chociaż jak
wykazały ostatnie badania estriol w wysokich stężeniach
hamuje kinazy ERK, ekspresję genów kodujących białka
FOS i CTGF oraz proliferację ER-negatywnej linii komórek
gruczolaka piersi SKBR3, co sugeruje, że jest antagonistą
receptora GPER [12,84]. Ligandem receptora GPER okazał
się również metabolit estrogenu, tj. 2-metoksyestradiol [85].
Inne sterydy jak progesteron, kortyzol, testosteron nie wykazują powinowactwa do receptora GPER [12]. Natomiast
szybka odpowiedź na aldosteron z udziałem receptora
GPER może zależeć od typu komórek i tkanek [43,86].
Analiza bibliotek związków syntetycznych oraz badania
in silico pozwoliły na zidentyfikowanie ligandów wykazujących selektywne działanie wobec receptora GPER. Należą
do nich niesteroidowy agonista G-1 oraz związki o działaniu antagonistycznym G-15 i G-36 będące pochodną chinoliny, które nie wykazują powinowactwa do receptorów
ERα i ERβ [64,65,87]. W badaniach na liniach komórkowych
gruczolaka endometrium HEC-1A i RL95-2 zawierających
receptor GPER, w odpowiedzi na G-1 zaobserwowano zależne od jego stężenia zahamowanie wzrostu komórek. Natomiast w linii komórek gruczolaka endometrium HEC-1B
pozbawionych receptora GPER nie obserwowano takiego
efektu [88]. Udowodniono, że G-15 za pośrednictwem receptora GPER hamuje wzrost linii komórkowych raka płaskonabłonkowego jamy ustnej SCC4 i HSC-3, czemu towarzyszy wzrost poziomu cykliny E oraz spadek aktywności
kinazy CDK1 i fosfatazy tyrozynowej CDC25C regulujących wejście komórki w mitozę, a także spadek poziomu
fosforylacji kinaz AKT, ERK, p38 i IKKα/β (ang. iкb kinase
α/β). G-15 za pośrednictwem receptora GPER nie tylko indukuje zatrzymanie cyklu komórkowego na etapie G2/M,
ale również indukuje apoptozę i autofagię wywołując zależne od dawki proteolityczne rozszczepienie polimerazy
poli(ADP-rybozy) (PARP, ang. poly(ADP-ribose) polymerase), aktywację kaspazy 3 i kaspazy 9 oraz obniżenie syntezy prokaspazy 8, a także formowanie autofagosomów [89].
Udowodniono, że w linii komórek raka endometrium HEC50, pozbawionych jądrowych receptorów estrogenów, G-15
i G-36 hamują odpowiednio aktywację kinazy PI3K i wzrost
guza [51].
55
antyestrogenowym, stosowane w terapii ER-pozytywnych
nowotworów piersi i zaliczane
do selektywnych modulatorów
receptorów estrogenów (SERM,
ang selective estrogen receptor modulator), tj. tamoksyfen (aktywny metabolit 4-hydroksytamoksyfen) oraz raloksyfen okazały
się wykazywać działanie agonistyczne w stosunku do receptora GPER [13,51,72,73]. Tamoksyfen wiążąc się z receptorem
GPER transaktywuje receptor
EGFR, kinazę PI3K i ERK1/2.
Udowodniono, że indukuje on fosforylację reszty Tyr397
kinazy ogniskowo-adhezyjnej
(FAK, ang. focal adhesion kinase)
i migrację komórek nowotworowych. Efekt wywołany przez
tamoksyfen
potwierdzono
przez zastosowanie inhibitorów receptora EGFR oraz kinaz
FAK, PI3K i ERK, a także siRNA
Rycina 2. Struktura chemiczna wybranych ligandów receptora GPER; związki o charakterze agonistów — na zielonym tle,
wyciszającego ekspresję genu
związki o charakterze antagonistów — na pomarańczowym tle
receptora GPER [94]. W neuronach dopaminergicznych raKolejnymi syntetycznymi związkami będącymi ligandaloksyfen
jako
agonista
receptora
GPER indukuje szlak AKT
mi receptora GPER, charakteryzującymi się różnym powi[95].
Do
ligandów
receptora
GPER
wykazujących działanie
nowactwem lub jego brakiem do kanonicznych receptorów
neuroprotekcyjne
o
potencjalnym
znaczeniu terapeutyczestrogenów ERα i ERβ są GPER-L1, GPER-L2 oraz MIBE.
nym
zaliczane
są
również
benzotifeny
[96].
GPER-L1 i GPER-L2 okazały się wysoce specyficznymi agonistami receptora GPER, które nie wiążą się do kanonicznych receptorów estrogenów. Z kolei MIBE wykazuje właściwości antagonistyczne zarówno do receptora GPER, jak i
ERα. W obecności GPER-L1 i GPER-L2 w liniach komórkowych raka piersi SKBR3 i raka endometrium Ishikawa ma
miejsce wzrost poziomu fosforylacji kinazy ERK1/2. Stosując inhibitory szlaku EGFR/MAPK oraz receptora GPER
potwierdzono, że aktywacja receptora GPER przez GPER-L1 i GPER-L2 prowadzi do transaktywacji receptora EGFR
i kinazy ERK oraz indukcji syntezy białka FOS oraz cykliny
D1 i w konsekwencji proliferacji komórek nowotworowych
[90,91].
Ligandami receptora GPER okazały się również związki
o znaczeniu terapeutycznym. Zaskakującym okazał się fakt
przeciwstawnych efektów ich działania za pośrednictwem
receptora GPER i kanonicznych receptorów ERα i ERβ, co
może mieć związek ze zróżnicowaniem efektów klinicznych stosowanych strategii terapeutycznych. ICI 182,780
stosowany w leczeniu pacjentek z hormonozależnym nowotworem piersi pod nazwą fulwestrant, będący steroidowym
antagonistą jądrowych receptorów estrogenów i zaliczany
do selektywnych negatywnych regulatorów receptorów
estrogenów (SERD, ang. selective estrogen receptor down-regulator), okazał się agonistą receptora GPER [6,51,57,92].
Udowodniono, że ICI 182,780 przez receptor GPER promuje
wzrost potencjału adhezyjnego komórek nowotworowych
do macierzy zewnątrzkomórkowej i metastazę w wyniku
aktywacji kalpainy 1 [93]. Podobnie związki o działaniu
56
Istotne z punktu widzenia roli receptora GPER w patofizjologii jest oddziaływanie z nim lub indukcja ekspresji jego
genu przez związki naturalne i syntetyczne występujące
w środowisku, mogące zaburzać gospodarkę hormonalną.
Należą do nich naturalne fitoestrogeny i związki bioaktywne takie jak genisteina, kwercetyna, daidzeina, resweratrol,
zearalenon, oleuropeina, hydroksytyrozol [50,57,73,9799] oraz ksenoestrogeny syntetyczne takie jak atrazyna,
bisfenol A (BPA), nonylofenol, kepon, DDT, DDE, PCB
[20,45,57,76,100,101].
Wzory strukturalne wybranych ligandów receptora
GPER przedstawiono na rycinie 2, a efekt ich działania, w
porównaniu z kanonicznymi receptorami ERα i ERβ, na rycinie 3.
PODSUMOWANIE
Wyniki badań ostatnich lat sugerują, że receptor GPER
uczestniczy zarówno w procesach fizjologicznych, jak i patologicznych, w tym zaburzeniach rozwojowych układu rozrodczego, metabolizmu komórkowego, mineralizacji kości,
odpowiedzi immunologicznej, czy w chorobach sercowo-naczyniowych, neurodegeneracyjnych oraz w transformacji nowotworowej. Zidentyfikowanie receptora GPER i jego
ligandów oraz przybliżenie mechanizmów jego udziału w
sygnalizacji estrogenowej pozwala na wyjaśnienie zróżnicowanej efektywności określonych strategii terapeutycznych
wykorzystujących estrogeny i antyestrogeny. Koekspresja
www.postepybiochemii.pl
5. Levin ER (2003) Bidirectional signaling between the estrogen
receptor and the epidermal growth factor receptor. Mol Endocrinol
17: 309-317
6. Filardo EJ, Quinn JA, Bland KI, Frackelton AR Jr. (2000) Estrogen-inducted activation of Erk-1 and Erk-2 requires the G protein-coupled receptor homolog, GPR30, and occurs via trans-activation
of the epidermal growth factor receptor through release of HB-EGF.
Mol Endocrinol 14: 1649-1660
7. Owman C, Blay P, Nilsson C, Lolait SJ (1996) Cloning of human
cDNA encoding a novel heptahelix receptor expressed in Burkitt’s
lymphoma and widely distributed in brain and peripheral tissues.
Rycina 3. Agoniści (zielone strzałki) i antagoniści (pomarańczowe strzałki) receptora GPER Biochem Biophys Res Commun 228: 285-292
oraz kanonicznych receptorów estrogenów ERα i ERβ (linia przerywana — efekt zależny od
tkanki docelowej); SERM (ang. selective estrogen receptor modulator) — selektywne modulatory
receptorów estrogenów; SERD (ang. selective estrogen receptor-down regulator) — selektywne
negatywne regulatory receptorów estrogenów. Przedruk w formie zmodyfikowanej z: Meyer
M.R. i wsp., The G protein-coupled estrogen receptor GPER/GPR30 as a regulator of cardiovascular function, 2011, Vascular Pharmacology (55) 17-25, za zgodą wydawnictwa Elsevier.
genów receptorów estrogenów ERα, ERβ i GPER sugeruje,
że oddziaływania tych receptorów i aktywowanych przez
nie szlaków sygnalizacyjnych mogą mieć charakter synergistyczny, antagonistyczny lub niezależny. W komórkach
nowotworowych jajników wykazano, że efekt biologiczny
estrogenów zależy zarówno od receptora ERα, jak i GPER
[75]. Natomiast w przypadku komórek epitelialnych macicy stwierdzono, że receptor GPER hamuje funkcje receptora
ERα [102]. Z kolei ochronne działanie estrogenów na komórki β wysp trzustki okazało się być niezależne od typu
aktywowanego receptora estrogenów i porównywalne dla
wszystkich trzech receptorów ERα, ERβ i GPER [103]. Receptor GPER, jak wykazały badania Li i wsp. [104] indukuje
także ekspresję genu i w konsekwencji efekty biologiczne
sierocego receptora jądrowego ERRα (ang, estrogen receptor-related receptor α). Również receptor ERα-36, wariant ludzkiego receptora estrogenów o m.cz. 36 kDa, może być efektorem i modulatorem działania receptora GPER [105-108].
Funkcjonalną zależność receptorów estrogenów potwierdzają badania Petrie i wsp. [51] wskazując, że efekt terapii
estrogenowych/antyestrogenowych zależy zarówno od
typu komórek oraz rodzaju ligandu i jego selektywnego
oddziaływania z określonymi receptorami estrogenów, jak
i zjawiska „cross-talk” receptorów i aktywowanych przez
nie szlaków sygnalizacyjnych. Chociaż niegenomowe mechanizmy sygnalizacji estrogenowej nie są do końca poznane, dotychczasowe wyniki badań sugerują, że receptor
GPER nie tylko może wpływać na odpowiedź organizmu w
przypadku określonego schematu leczenia, ale także może
stanowić nową lub dodatkową tarczę dla leków interferujących z sygnalizacją estrogenową w przypadku wielu procesów patologicznych wywołujących m.in. choroby nowotworowe.
8. Carmeci C, Thompson DA, Ring HZ, Francke U, Weigel RJ
(1997) Identification of a gene (GPR30) with homology to the G-protein-coupled receptor superfamily associated with estrogen
receptor expression in breast cancer. Genomics 45: 607-617
9. Bonini JA, Anderson SM, Steiner DF (1997) Molecular cloning
and tissue expression of a novel orphan G protein-coupled receptor
from rat lung. Biochem Biophys Res Commun 234: 190-193
10. Feng Y, Gregor P (1997) Cloning of a novel member of the G protein-coupled receptor family related to peptide receptors. Biochem Biophys Res Commun 231: 651-654
11. O’Dowd BF, Nguyen T, Marchese A, Cheng R, Lynch KR, Heng HH,
Kolakowski LFJr., George SR (1998) Discovery of three novel G-protein-coupled receptor genes. Genomics 47: 310-313
12. Thomas P, Peng Y, Filardo EJ, Dong J (2005) Identity of an estrogen
membrane receptor coupled to the G protein in human breast cancer
cells. Endocrinology 146: 624-632
13. Revankar CM, Cimino DF, Sklar LA, Arterburn JB, Prossnitz ER
(2005) A transmembrane intracellular estrogen receptor mediates rapid cell signaling. Science 307: 1625-1630
14. Foord SM, Bonner TI, Neubig RR, Rosser EM, Pin JP, Davenport AP,
Spedding M, Harmar AJ (2005) International Union of Pharmacology.
XLVI. G protein-coupled receptor list. Pharmacol Rev 57: 279-288
15. Olde B, Leeb-Lundberg LM (2009) GPR30/GPER1: searching for a
role in estrogen physiology. Trends Endocrinol Metab 20: 409-416
16. Takada Y, Kato C, Kondo S, Korenaga R, Ando J (1997) Cloning of
cDNAs encoding G protein-coupled receptor expressed in human
endothelial cells exposed to fluid shear stress. Biochem Biophys Res
Commun 240: 737-741
17. Wang C, Prossnitz ER, Roy SK (2007) Expression of G-protein coupled receptor 30 in the hamster ovary: differential regulation by gonadotropins and steroid hormones. Endocrinology 148: 4853-4864
18. Albanito L, Sisci D, Aquila S, Brunelli E, Vivacqua A, Madeo A, Lappano R, Pandey DP, Picard D, Mauro L, Ando S, Maggiolini M (2008)
Epidermal growth factor induces G protein-coupled receptor 30 expression in estrogen receptor-negative breast cancer cells. Endocrinology 149: 3799-3808
19. Vivacqua A, Lappano R, De Marco P, Sisci D, Aquila S, De Amicis F,
Fuqua SA, Ando S, Maggiolini M (2009) G protein-coupled receptor
30 expression is up-regulated by EGF and TGFα in estrogen receptor
α-positive cancer cells. Mol Endocrinol 23: 1815-1826
PIŚMIENNICTWO
20. Sheng ZG, Huang W, Liu YX, Zhu BZ (2013) Bisphenol A at a low
concentration boosts mouse spermatogonial cell proliferation by inducing the G protein-coupled Receptor 30 expression. Toxicol Appl
Pharmacol 267: 88-94
1. Schmidt BM, Gerdes D, Feuring M, Falkenstein E, Christ M, Wehling
M (2000) Rapid, nongenomic steroid actions: a new age? Front Neuroendocrinol 21: 57-94
21. Zhang W, Yang F, Luo J, Chen F, Gu J, Guan X (2014) A novel GPR30
rs10235056 A>G polymorphism associated with post-transcriptional
regulation in lymphoblastoid cell lines. Biomarkers 19: 417-423
2. Manavhati B, Kumar R (2006) Steering estrogen signals from the plasma membrane to the nucleus: two sides of the coin. J Cell Physiol
207: 594-604
22. Giess M, Lattrich C, Springwald A, Goerse R, Ortmann O, Treeck O
(2010) GPR30 gene polymorphism are associated with progesterone
receptor status and histopathological characteristics of breast cancer
patients. J Steroid Biochem Mol Biol 118: 7-12
3. Moriarty K, Kim KH, Bender JR (2006) Minireview: estrogen receptor-mediated rapid signaling. Endocrinology 147: 5557-5563
4. Mhyre AJ, Dorsa DM (2006) Estrogen activates rapid signaling in the
brain: role of estrogen receptor α and estrogen receptor β in neurons
and glia. Neuroscience 138: 851-858
Postępy Biochemii 61 (1) 2015
23. Chevalier N, Paul-Bellon R, Camparo P, Michiels JF, Chevalier D,
Fenichel P (2014) Genetic variants of GPER/GPR30, a novel estrogenrelated G protein receptor, are associated with human seminoma. Int
J Mol Sci 15: 1574-1589
57
24. Peng Y, Liang G, Pei Y, Ye W, Liang A, Su P (2012) Genomic polymorphism of G-protein estrogen receptor 1 are associated with severity of
adolescent idiopathic scoliosis. Int Orthop 36: 671-677
42. Maiti K, Paul JW, Read M, Chan EC, Riley SC, Nahar P, Smith R (2011)
G-1-activated membrane estrogen receptors mediate increased contractility of the human myometrium. Endocrinology 152: 2448-2455
25. Cygankiewicz AI, Krajewska WM (2011) Strukturalna i funkcjonalna
charakterystyka receptorów 7TM jako potencjalnych tarcz dla leków,
W: Koroniak H, Barciszewski J (red) Na pograniczu chemii i biologii,
t XXVI. Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu Adama Mickiewicza
w Poznaniu, Poznań, str. 431-456
43. Cheng SB, Dong J, Pang Y, LaRocca J, Hixson M, Thomas P, Filardo
EJ (2013) Anatomical localization and redistribution of G protein-coupled estrogen receptor-1 during the estrus cycle in mouse kidney and
specific binding to estrogens but not aldosterone. Mol Cell Endocrinol
382: 950-959
26. Valdes JJ, Weeks OI (2009) Lithium: a potential estrogen signaling
modulator. J Appl Biomed 7: 175-188
44. Ren J, Wu JH (2012) 17β-estradiol rapidly activates calcium release
from intracellular stores via the GPR30 pathway and MAPK phosphorylation in osteocyte-like MLO-Y4 cells. Calcif Tissue Int 90: 411419
27. Revankar CM, Mitchell HD, Field AS, Burai R, Corona C, Ramesh C,
Sklar LA, Arterburn JB, Prossnitz ER (2007) Synthetic estrogen derivatives demonstrate the functionality of intracellular GPR30. ACS
Chem Biol 2: 536-544
28. Wang C, Prossnitz ER, Roy SK (2008) G protein-coupled receptor 30
expression is required for estrogen stimulation of primordial follicle
formation in the hamster ovary. Endocrinology 149: 4452-4461
29. Otto C, Rohde-Schulz B, Schwarz G, Fuchs I, Klewer M, Brittain D,
Langer G, Bader B, Prelle K, Nubbemeyer R, Fritzemeier KH (2008)
G protein-coupled receptor 30 localizes to the endoplasmic reticulum
and is not activated by estradiol. Endocrinology 149: 4846-4856
30. Lin BC, Suzawa M, Blind RD, Tobias SC, Bulun SE, Scanlan TS, Ingraham HA (2009) Stimulating the GPR30 estrogen receptor with a
novel tamoxifen analogue activates SF-1 and promotes endometrial
cell proliferation. Cancer Res 69: 5415-5423
31. Sakamoto H, Matsuda K, Hosokawa K, Nishi M, Morris JF, Prossnitz
ER, Kawata M (2007) Expression of G protein-coupled receptor-30, a
G protein-coupled membrane estrogen receptor, in oxytocin neurons
of the rat paraventricular and supraoptic nuclei. Endocrinology 148:
5842-5850
32. Matsuda K, Sakamoto H, Mori H, Hosokawa K, Kawamura A, Itose
M, Nishi M, Prossnitz ER, Kawata M (2008) Expression and intrecellular distribution of the G protein-coupled receptor 30 in rat hippocampal formation. Neurosci Lett 441: 94-99
33. Chimento A, Sirianni R, Delalande C, Silandre D, Bois C, Ando S,
Maggiolini M, Carreau S, Pezzi V (2010) 17β-estradiol activates rapid
signaling pathways involved in rat pachytene spermatocytes apoptosis through GPR30 and ERα. Mol Cell Endocrinol 320: 136-144
34. Chakrabarti S, Davidge ST (2012) G-Protein coupled receptor 30
(GPR30): a novel regulatory of endothelial inflammation. PLoS ONE
7 (12): e52357. doi: 10.1371/journal.pone.0052357
35. Madeo A, Maggiolini M (2010) Nuclear alternate estrogen receptor
GPR30 mediates 17β-estradiol-induced gene expression and migration in breast cancer-associated fibroblasts. Cancer Res 70: 6036-6046
36. Pupo M, Vivacqua A, Perrotta I, Pisano A, Aquila S, Abonante S,
Gasperi-Campani A, Pezzi V, Maggiolini M (2013) The nuclear localization signal is required for nuclear GPER translocation and function in breast cancer cancer-associated fibroblasts (CAFs). Mol Cell
Endocrinol 376: 23-32
37. Funakoshi T, Yanai A, Shinoda K, Kawano MM, Mizukami Y (2006)
G protein-coupled receptor 30 is an estrogen receptor in the plasma
membrane. Biochem Biophys Res Commun 346: 904-910
38. Filardo E, Quinn J, Pang Y, Graeber C, Shaw S, Dong J, Thomas P
(2007) Activation of the novel estrogen receptor G protein-coupled
receptor 30 (GPR30) at the plasma membrane. Endocrinology 148:
3236-3245
39. Pang Y, Dong J, Thomas P (2008) Estrogen signaling characteristics of
Atlantic croaker G protein-coupled receptor 30 (GPR30) and evidence
it is involved in maintenance of oocyte meiotic arrest. Endocrinology
149: 3410-3426
40. Lenhart PM, Broselid S, Barrick CJ, Leeb-Lundberg LMF, Caron KM
(2013) G-protein-coupled receptor 30 interacts with receptor activitymodifying protein 3 and confers sex-dependent cardioprotection. J
Mol Endocrinol 51: 191-202
41. Li YR, Ren CE, Zhang Q, Li JC, Chian RC (2013) Expression of G protein estrogen receptor (GPER) on membrane of mouse oocytes during
maturation. J Assis Reprod Genet 30: 227-232
58
45. Chevalier N, Bouskine A, Fenichel P (2012) Bisphenol A promotes testicular seminoma cell proliferation trough GPER/GPR30. Int J Cancer
130: 241-242
46. Sanden C, Broselid S, Cornmark L, Andersson K, DaszkiewiczNilsson J, Martensson UEA, Olde B, Leeb-Lundberg LMF (2011) G
protein-coupled estrogen receptor 1/G protein-coupled receptor 30
localizes in the plasma membrane and traffics intracellularly on cytokeratin intermediate filaments. Mol Pharmacol 79: 400-410
47. Cheng SB, Quinn AJ, Graeber CT, Filardo EJ (2011) Down-modulation of the G protein-coupled estrogen receptor, GPER, from the cell
surface occurs via a trans-Golgi-proteasome pathway. J Biol Chem
286: 22441-22455
48. Cheng SB, Graeber CT, Quinn AJ, Filardo EJ (2011) Retrograde transport of the transmembrane estrogen receptor, G-protein-coupledreceptor-30 (GPR30/GPER) from the plasma membrane towards the
nucleus. Steroids 76: 892-896
49. Mo Z, Liu M, Yang F, Luo H, Li Z, Tu G, Yang G (2013) GPR30 as an
initiator of tamoxifen resistance in hormone-dependent breast cancer.
Breast Cancer Res 15: R114
50. Maggiolini M, Vivacqua A, Fasanella G, Recchia AG, Sisci D, Pezzi V,
Montanaro D, Musti AM, Picard D, Ando S (2004) The G protein-coupled receptor 30 GPR30 mediates c-fos up-regulation by 17β-estradiol
and phytoestrogens in breast cancer cells. J Biol Chem 279: 2700827016
51. Petrie WK, Dennis MK, Hu C, Dai D, Arterburn JB, Smith HO, Hathaway HJ, Prossnitz ER (2013) G protein-coupled estrogen receptor – selective ligands modulate endometrial tumor growth. Obstet Ginecol
Int 472720. doi: 10.1155/2013/472720
52. Filardo EJ, Quinn JA, Frackelton R, Bland KI (2002) Estrogen activation via the G protein-coupled receptor, GPR30: stimulation of adenylyl cyclase and cAMP-mediated attenuation of the epidermal growth
factor receptor-to-MAPK signaling axis. Mol Endocrinol 16: 70-84
53. Peyton C, Thomas P (2011) Involvement of epidermal growth factor
receptor signaling in estrogen inhibition of oocyte maturation mediated through the G protein-coupled estrogen receptor (GPER) in Zebrafish (Danio rerio). Biol Reprod 85: 42-50
54. Quinn JA, Graeber CT, Frackelton AR, Kim M, Schwarzbauer JE,
Filardo EJ (2009) Coordinate regulation of estrogen-mediated fibronectin matrix assembly and epidermal growth factor receptor transactivation by the G protein-coupled receptor, GPR30. Mol Endocrinol
23: 1052-1064
55. Li Y, Chen Y, Zhu ZX, Liu XH, Yang L, Wan L, Lei TW, Wang XD
(2013) 4-Hydroksytamoxifen-stimulated processing of cyclin E is mediated via G protein-coupled receptor 30 (GPR30) and accompanied
by enhanced migration on MCF-7 breast cancer cells. Toxicology 309:
61-65
56. Sukocheva O, Wadham C, Holmes A, Albanese N, Verrier E, Feng
F, Bernal A, Derian CK, Ullrich A, Vadas MA, Xia P (2006) Estrogen
transactivates EGFR via the sphingosine 1-phosphate receptor Edg-3:
the role of sphingosine kinase-1. J Cell Biol 173: 301-310
57. Thomas P, Dong J (2006) Binding and activation of the seven-transmembrane estrogen receptor GPR30 by environmental estrogens: a
potential novel mechanism of endocrine disruption. J Steroid Biochem Mol Biol 102: 175-179
58. Zucchetti AE, Barosso IR, Boaglio AC, Basiglio CL, Miszczuk G, Larocca MC, Ruiz ML, Davio CA, Roma MG, Crocenzi FA, Pozzi EJS
www.postepybiochemii.pl
(2014) G-protein-coupled receptor 30/adenylyl cyclase/protein kinase A pathway is involved in estradiol 17β-D-glucuronide-induced
cholestasis. Hepatology 59: 1016-1029
59. Kanda N, Watanabe S (2004) 17β-estradiol stimulates the growth of
human keratinocytes by inducing cyclin D2 expression. J Invest Dermatol 123: 319-328
60. Lindsey SH, Liu L, Chappell MC (2014) Vasodilation by GPER in
mesenteric arteries involves both endothelial nitric oxide and smooth
muscle cAMP signaling. Steroids 81: 99-102
61. Ariazi EA, Brailoiu E, Yerrum S, Shupp HA, Slifker MJ, Cunliffe HA,
Black MA, Donato AL, Arterburn JB, Oprea TI, Prossnitz ER, Dun
NJ, Jordan VC (2010) The G protein-coupled receptor GPR30 inhibits
proliferation of estrogen receptor-positive breast cancer cells. Cancer
Res 70: 1184-1194
62. Tica AA, Dun EC, Tica OS, Gao X, Arterburn JB, Brailoiu GC, Oprea
TI, Brailoiu E (2011) G protein-coupled estrogen receptor-1 effects in
the rat myometrium. Am J Physiol Cell Physiol 301: C1262-C1269
63. Brailoiu E, Dun SL, Brailoiu GC, Mizuo K, Sklar LA, Oprea TI, Prossnitz ER, Dun NJ (2007) Distribution and characterization of estrogen
receptor G protein-coupled receptor 30 in the rat central nervous system. J Endocrinol 193: 311-321
64. Dennis MK, Burai R, Ramesh C, Petrie WK, Alcon SN, Nayak TK, Bologa CG, Leitao A, Brailoiu E, Deliu E, Dun NJ, Sklar LA, Hathaway
HJ, Arterburn JB, Oprea TI, Prossnitz ER (2009) In vivo effects of a
GPR30 antagonists. Nat Chem Biol 5: 421-427
65. Bologa CG, Revankar CM, Young SM, Edwards BS, Arterburn JB, Kiselyov AS, Parker MA, Tkachenko SE, Savchuck NP, Sklar LA, Oprea
TI, Prossnitz ER (2006) Virtual and biomolecular screening converge
on a selective agonist for GPR30. Nat Chem Biol 2: 207-212
66. Goswami C, Kuhn J, Dina OA, Fernandez-Ballester G, Levine JD,
Ferrer-Montiel A, Hucho T (2011) Estrogen destabilizes microtubules
through an ion-conductivity-independent TRPV1 pathway. J Neurochem 117: 995-1008
67. Fraser SP, Ozerlat-Gunduz I, Onkal R, Diss JKJ, Latchman DS, Djamgoz MBA (2010) Estrogen and non-genomic upregulation of voltage-gated Na+ channel activity in MDA-MB-231 human breast cancer
cells: role in adhesion. J Cell Physiol 224: 527-539
68. Pupo M, Pisano A, Abonante S, Maggiolini M, Musti AM (2014)
GPER activates Notch signaling in breast cancer cells and cancer-associated fibroblasts (CAFs). Int J Biochem Cell Biol 46: 56-67
69. Kanda N, Watanabe S (2003) 17β-estradiol inhibits oxidative stress-induced apoptosis in keratinocytes by promoting Bcl-2 expression. J
Invest Dermatol 121: 1500-1509
70. Kanda N, Watanabe S, (2003) 17β-estradiol enhances the production
of nerve growth factor in THP-1-derived macrophages or peripheral
blood monocyte-derived macrophages. J Invest Dermatol 121: 771780
71. Ylikomi T, Vienonen A, Ahola TM (2004) G protein-coupled receptor
30 down-regulates cofactor expression and interferes with the transcriptional activity of glucocorticoid. Eur J Biochem 271: 4159-4168
72. Vivacqua A, Bonofiglio D, Recchia AG, Musti AM, Picard D, Ando S,
Maggiolini M (2006) The G protein-coupled receptor GPR30 mediates
proliferative effects induced by 17β-estradiol and hydroxytamoxifen
in endometrial cancer cells. Mol Endocrinol 20: 631-646
73. Vivacqua A, Bonofiglio D, Albanito L, Madeo A, Rago V, Carpino
A, Musti AM, Picard D, Ando S, Maggiolini M (2006) 17β-estradiol,
genistein, and 4-hydroxytamoxifen induced the proliferation of thyroid cancer cells through the G protein-coupled receptor GPR30. Mol
Pharm 70: 1414-1423
74. Vivacqua A, Romeo E, De Marco P, De Francesco EM, Abonante S,
Maggiolini M (2012) GPER mediates the Egr-1 expression induced by
17β-estradiol and 4-hydroxytamoxifen in breast and endometrial cancer cells. Breast Cancer Res Treat 133: 1025-1035
75. Albanito L, Madeo A, Lappano R, Vivacqua A, Rago V, Carpino A,
Oprea TI, Prossnitz ER, Musti AM, Ando S, Maggiolini M (2007) G
protein-coupled receptor 30 (GPR30) mediated gene expression changes and growth response to 17β-estradiol and selective GPR30 ligand
G-1 in ovarian cancer cells. Cancer Res 67: 1859-1866
Postępy Biochemii 61 (1) 2015
76. Albanito L, Lappano R, Madeo A, Chimento A, Prossnitz ER, Cappello AR, Dolce V, Abonante S, Pezzi V, Maggiolini M (2008) G-proteincoupled receptor 30 and estrogen receptor-α are involved in the proliferative effects induced by atrazine in ovarian cancer cells. Environ
Health Perspect 116: 1648-1655
77. O’Brien, Peterson TJ, Tong MH, Lee EJ, Pfaff LE, Hewitt SC, Korach
KS, Weiss J, Jameson JL (2006) Estrogen-induced proliferation of uterine epithelial cell is independent of estrogen receptor alpha biding to
classical estrogen response elements. J Biol Chem 281: 26683-26692
78. Pandey DP, Lappano R, Albanito L, Madeo A, Maggiolini M, Picard
D (2009) Estrogenic GPR30 signalling induced proliferation and migration of breast cancer cells through CTGF. The EMBO J 28: 523-532
79. De Francesco EM, Lappano R, Santolla MF, Marsico S, Caruso A,
Maggiolini M (2013) HIF-1α/GPER signaling mediates the expression of VEGF induced by hypoxia in breast cancer associated fibroblasts (CAFs). Breast Cancer Res 15: 64R
80. He YY, Cai B, Yang YX, Liu XL, Wan XP (2009) Estrogenic G proteincoupled receptor 30 signaling is involved in regulation of endometrial carcinoma by promoting proliferation, invasion potential, and
interleukin-6 secretion via the MEK/ERK mitogen-activated protein
kinase pathway. Cancer Sci 100: 1051-1061
81. Liu X, Zhu P, Sham KWY, Yuen JML, Xie C, Zhang Y, Liu Y, Li S,
Huang X, Cheng CHK, Lin H (2009) Identification of a membrane
estrogen receptor in Zebrafish with homology to mammalian GPER
and its high expression in early germ cells of the testis. Biol Reprod
80: 1253-1261
82. Liu L, Zhao Y, Xie K, Sun X, Gao Y, Wang Z (2013) Estrogen-induced
nongenomic calcium signaling inhibits lipopolysaccharide-stimulated tumor necrosis factor-α production in macrophages. PLoS ONE
8: e83072.
83. Wang C, Dehghani B, Magrisso IJ, Rick EA, Bonhomme E, Cody
DB, Elenich LA, Subramanian S, Murphy SJ, Kelly MJ, Rosenbaum
JS, Vandrebark AA, Offner H (2008) GPR30 contributes to estrogeninduced thymic atrophy. Mol Endocrinol 22: 636-648
84. Lappano R, Rosano C, De Marco P, De Francesco EM, Pezzi V, Maggiolini M (2010) Estriol acts as a GPR30 antagonist in estrogen receptornegative breast cancer cells. Mol Cell Endocrinol 320: 162-170
85. Koganti S, Snyder R, Gumaste U, Karamyan VT, Thekkumkara T
(2014) 2-methoxyestradiol binding of GPR30 down-regulates angiotensin AT1 receptor. Eur J Pharmacol 723: 131-140
86. Gros R, Ding Q, Liu B, Chorazyczewski J, Feldman RD (2013) Aldosterone mediates its rapid effects in vascular endothelial cells through
GPER activation. Am J Physiol Cell Physiol 304: C532-C540
87. Dennis MK, Field AS, Burai R, Ramesh C, Petrie WK, Bologa CG,
Oprea TI, Yamaguchi Y, Hayashi SI, Sklar LA, Hathaway HJ, Arterburn JB, Prossnitz ER (2011) Identification of a GPER/GPR30 antagonist with improved estrogen receptor counterselectivity. J Steroid
Biochem Mol Biol 127: 358-366
88. Skrzypczak M, Schuler S, Lattrich C, Ignatov A, Ortmann O (2013) G
protein-coupled estrogen receptor (GPER) expression in endometrial
adenocarcinoma and effect of agonist G-1 on growth of endometrial
adenocarcinoma cell lines. Steroids 78: 1087-1091
89. Bai LY, Weng JR, Hu JL, Wang D, Sargeant AM, Chiu CF (2013) G-15,
a GPR30 antagonist, induces apoptosis and autophagy in human oral
squamous carcinoma cell. Chem Biol Interact 206: 375-384
90. Lappano R, Rosano C, Santolla MF, Pupo M, De Francesco EM, De
Marco P, Ponassi M, Spallarossa A, Rainise A, Maggioloni M (2012)
Two novel GPER agonists induce gene expression changes and
growth effects in cancer cells. Curr Cancer Drug Targets 12: 531-542
91. Lappano R, Santolla MF, Pupo M, Sinicropi MS, Caruso A, Rosano C,
Maggiolini M (2012) MIBE acts as antagonist ligand of both estrogen
receptor α and GPER in breast cancer cells. Breast Cancer Res 14: R12
92. Howell A (2000) Faslodex (ICI 182780): an oestrogen receptor downregulator. Eur J Cancer 36: 87-88
93. Chen Y, Li Z, He Y, Shang D, Pan J, Wang H, Chen H, Zhu Z, Wan
L, Wang X (2014) Estrogen and pure antiestrogen fulvestrant (ICI
182 780) augment cell-matrigel adhesion of MCF-7 breast cancer cell
59
through a novel G protein coupled estrogen receptor (GPR30)-to-calpain signaling axis. Toxicol Appl Pharmacol 275: 176-181
94. Tsai CL, Wu HM, Lin CY, Lin YJ, Chao A, Wang TH, Hsueh S, Lai
CH, Wang HS (2013) Estradiol and tamoxifen induce cell migration
through GPR30 and activation of focal adhesion kinase (FAK) in endometrial cancers with low or without nuclear estrogen receptor α
(ERα). PLoS ONE 8: e72999
95. Bourque M, Morissette M, Di Paolo T (2014) Raloxifene activates G
protein-coupled estrogen receptor 1/Akt signaling to protect dopamine neurons in 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine mice.
Neurobiol Aging 35: 2347-2356
96. Abdelhamid R, Luo J, VandeVrede L, Kundu I, Michalsen B, Litosh
VA, Schiefer IT, Gherezghiher T, You P, Qin Z, Thatcher GRJ (2011)
Benzothiophene selective estrogen receptor modulators provide neuroprotection by a novel GPR30-dependent mechanism. ACS Chem
Neurosci 2: 256-268
97. Dong WH, Chen JC, He YL, Xu JJ, Mei YA (2013) Resveratrol inhibits
Kv2.2 currents through the estrogen receptor GPR30-mediates PKC
pathway. Am J Physiol Cell Physiol 305: C547-C557
98. Kajta M, Rzemieniec J, Litwa E, Lason W, Lenartowicz M, Krzeptowski W, Wojtowicz AK (2013) The key involvement of estrogen receptor
β and G-protein-coupled receptor 30 in the neuroprotective action of
daidzein. Neuroscience 238: 345-360
99. Chimento A, Casaburi I, Rosano C, Avena P, De Luca A, Campana
C, Martire E, Santolla MF, Maggiolini M, Pezzi V, Sirianni R (2014)
Oleuropein and hydroxytyrosol activate GPER/GPR30-dependent
pathways leading to apoptosis of ER-positive SKBR3 breast cancer
cells. Mol Nutr Food Res 58: 478-489
100.Dong S, Terasaka S, Kiyama R (2011) Bisphenol A induces a rapid
activation of Erk1/2 through GPR30 in human breast cancer cells. Environ Pollut 159: 212-218
101.Pupo M, Pisano A, Lappano R, Santolla MF, De Francesco EM,
Abonante S, Rosano C, Maggiolini M (2012) Bisphenol A induceds
gene expression changes and proliferative effects thought GPER in
breast cancer cells and cancer-associated fibroblasts. Environ Health
Perspect 120: 1177-1182
102.Gao F, Ma X, Ostmann AB, Das SK (2011) GPR30 activation opposes
estrogen-dependent uterine growth via inhibition of stromal ERK1/2
and estrogen receptor α (ERα) phosphorylation signals. Endocrinology 152: 1434-1447
103.Tiano JP, Delghingaro-Augusto V, May CL, Liu S, Kaw MK, Khuder
SS, Latour MG, Bhatt SA, Korach KS, Najjar SM, Prentki M, MauvaisJarvis F (2011) Estrogen receptor activation reduced lipid synthesis in
pancreatic islets and prevents β cell failure in rodent models of type 2
diabetes. J Clin Invest 121: 3331-3342
104.Li Y, Birnbaumer L, Teng CT (2010) Regulation of ERRα gene expression by estrogen receptor agonists and antagonists in SKBR3 breast
cancer cells: differential molecular mechanisms mediated by G protein-coupled estrogen receptor GPR30/GPER-1. Mol Endocrinol 24:
969-980
105.Wang ZY, Zhang XT, Shen P, Loggie BW, Cheng YC, Deuel TF
(2005) Identification, cloning, and expression of human estrogen
receptor-α36, a novel variant of human estrogen receptor-α66. Biochem Biophys Res Commun 336: 1023-1027
106.Wang ZY, Zhang XT, Shen P, Loggie BW, Chang YC, Deuel TF (2006)
A variant of estrogen receptor-α, hER-α36: transduction of estrogenand antiestrogen-dependent membrane-initiated mitogenic signaling. Proc Natl Acad Sci USA 103: 9063-9068
107.Wallacides A, Chesnel A, Ajj H, Chillet M, Flament S, Dumond H
(2012) Estrogens promote proliferation of the seminoma-like TCam-2
cell line through a GPER-dependent ERα-36 induction. Mol Cell Endocrinol 350: 61-71
108.Zhang XT, Ding L, Kang LG, Wang ZY (2012) Estrogen receptor-alpha 36 mediates mitogenic antiestrogen signaling in ER-negative breast cancer cells. PLoS ONE 7: e30174
GPER receptor – the new player in estrogen signaling
Adam I. Cygankiewicz, Damian Jacenik, Wanda M. Krajewska
Department of Cytobiochemistry, Faculty of Biology and Environmental Protection, University of Lodz, 141/143 Pomorska St., 90-236 Łódź,
Poland

e-mail: [email protected]
Key words: GPER, G protein-coupled estrogen receptor, estrogen signaling
ABSTRACT
Recent studies reveal that estrogens act on cells and tissues, not only through two canonical estrogen receptors ERα and ERβ, but also through
the receptor coupled with G proteins, named GPER, formerly GPR30, and member of seven transmembrane receptor superfamily. GPER was
found to be implicated both in rapid non-genomic estrogen response and in transcriptional regulation. Effects of GPER include activation
of MAPK and PI3K signaling pathways, stimulation of adenyl cyclase, and mobilization of calcium ions from intracellular stores, as well as
upregulation of genes such as FOS and CTGF. Identification of agonists and antagonists of GPER allowed not only to shed light on the participation of estrogen signaling in the biology and pathobiology of hormone-dependent tissues, but also its importance in the estrogen and
antiestrogen therapies. Antiestrogens tamoxifen, raloxifene, or fulvestrant proved to be agonists of GPER, which undoubtedly is not without
significance for the efficacy of the therapy.
60
www.postepybiochemii.pl