Εισαγωγική φυσιολογία και φαρμακολογία των ανδρογόνων – τα ενδογενή ανδρογόνα είναι γνωστά για τις πολλές λειτουργίες τους στην προώθηση της σεξουαλικής διαφοροποίησης και της επαγωγής του αρσενικού φαινοτύπου. Στο αρσενικό, τα δύο ενδογενή ανδρογόνα πολύ δραστικά στην προώθηση αυτών των επιδράσεων είναι η τεστοστερόνη (Τ) και η διυδροξυμβιτερόνη (DHT) .t είναι ο πιο ποσοτικά κρίσιμος ανδρογόνο στην συστηματική κυκλοφορία, ενώ η DHT είναι ο πιο άφθονος κυτταρικός μεταβολίτης και πολύ ισχυρός Ανδρογόνο σε πολλούς ευαίσθητους σε ανδρογόνα ιστούς (εξαιρουμένων των σκελετικών μυών, Mainwaring 1977).
Οι φυσιολογικές επιδράσεις των ανδρογόνων έχουν συζητηθεί λαμβάνοντας υπόψη ότι η δεκαετία του 1930, όταν αρκετοί ερευνητές παρατήρησαν ότι η έγχυση αρσενικών ούρων σε σκύλους όχι μόνο προήγαγε τις ανδρογονικές επιδράσεις στην αναπαραγωγική οδό του σκύλου, αλλά επίσης προκάλεσε κατακράτηση αζώτου ή αναβολικό αποτέλεσμα (Kochakian και Mrulin 1935) . Λαμβάνοντας υπόψη ότι έχουν συγκεντρωθεί πολλές πληροφορίες σχετικά με τις διάφορες αναβολικές και ανδρογενείς επιδράσεις των εξωγενών ανδρογόνων στην ανθρώπινη φυσιολογία (Braunstien 1997). Κατά τη διάρκεια της εμβρυϊκής ανάπτυξης, τα ανδρογόνα είναι κρίσιμα για τη σωστή διαφοροποίηση των εσωτερικών και εξωτερικών αρσενικών γεννητικών συστημάτων. Αργότερα, κατά τη διάρκεια της εφηβείας, τα ανδρογόνα μεσολαβούν στην ανάπτυξη και τη λειτουργική ακεραιότητα του όσχεου, της επιδιδυμίας, του vas deferens, των σπερματικών κυττάρων, του προστάτη και του πέους. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου τα ανδρογόνα διεγείρουν επίσης την ανάπτυξη των σκελετικών μυών, την ανάπτυξη του λάρυγγα και την διεγείρουν την εφηβική ανάπτυξη. Τόσο η ατμόσφαιρα της ανάπτυξης των μαλλιών όσο και η ανάπτυξη των σεξουαλικών μαλλιών, καθώς και η δραστηριότητα των σμηγματογόνων αδένων ρυθμίζονται από ανδρογόνα σε όλο τον κύκλο ζωής. Τέλος, τα ανδρογόνα διαδραματίζουν επίσης πολλούς διαφορετικούς ρόλους στον ενήλικα, συμπεριλαμβανομένων: συμπεριφορικών ρόλων (σεξουαλικότητα, επιθετικότητα, διάθεση και γνωστική λειτουργία), κατευθυντήρια γραμμή της σπερματογένεσης, κατευθυντήρια γραμμή του μεταβολισμού των οστών, διατήρηση της μυϊκής μάζας και της μυϊκής λειτουργίας το σύστημα και η κατευθυντήρια γραμμή του καρκίνου του προστάτη (Nieschlag and Behre 1998). Αυτή η λίστα απέχει πολύ από τα εξαντλητικά, καθώς τα ανδρογόνα πολλοί πιθανοί ρόλοι παίζουν σχεδόν σε κάθε όργανο και κελί του σώματος. Καθώς διεξάγονται έρευνες, οι πρόσθετες φυσιολογικές επιδράσεις των ενδογενών ανδρογόνων θα αποκαλυφθούν σίγουρα.
Παρόλο που η προηγούμενη σύντομη συζήτηση ασχολήθηκε με τις φυσιολογικές επιδράσεις των ενδογενών ανδρογόνων Τ και DHT, πρέπει να σημειωθεί ότι πολλά εξωγενή στεροειδή έχουν συντεθεί σε προσπάθειες μεταβολής των αναβολικών προς ανδρογόνων αναλογιών σε σχέση με αυτές τις δύο ορμόνες (για μια ανασκόπηση βλέπε Vida 1969). Σε επιστημονικές καταστάσεις του υπογοναδισμού, απαιτείται αντικατάσταση Τ για να αντικατασταθεί τόσο οι αναβολικές όσο και οι ανδρογονικές επιδράσεις των ανεπαρκών ενδογενών ανδρογόνων. Σε τέτοιες καταστάσεις, μόνο η θεραπεία T δικαιολογείται. αλλά σε άλλες καταστάσεις αναβολικής ανεπάρκειας όπως τα καταβολικά σπατάλη σύνδρομα και η χορήγηση γλυκοκορτικοειδών, παράγοντες που προάγουν τον αναβολισμό (κατακράτηση αζώτου), ελλείψει ανδρογονικών επιδράσεων. Αν και αυτοί οι παράγοντες ονομάζονταν αρχικά “αναβολικά στεροειδή”, καμία ένωση δεν έχει ακόμη συντεθεί που διαχωρίζει πλήρως αναβολικά από ανδρογόνα επιδράσεις. Ως αποτέλεσμα, αυτοί οι παράγοντες εξακολουθούν να ονομάζονται κατάλληλα αναβολικά ανδρογόνα στεροειδή (AAS). Είναι ενδιαφέρον ότι οι επακόλουθες έρευνες για διάφορες αναβολικές ανδρογονικές ενώσεις έδειξαν ότι πολλές (αλλά όχι όλες) των ενώσεων με πολύ χαμηλή συγγένεια για τον υποδοχέα ανδρογόνων έχουν πολύ πιο πλήρη διάσπαση ανδρογονικών και αναβολικών επιδράσεων (Saartok et al 1984, Dahlberg et al ( 1981). Λαμβάνοντας υπόψη ότι οι σχετικές συγγένειες δέσμευσης τους μπορεί να είναι τόσο χαμηλές όσο το 0,01, ο μηχανισμός δράσης των αναβολικών ανδρογόνων στεροειδών μπορεί να εξαρτάται μόνο άμεσα από τον υποδοχέα σε μερικές καταστάσεις. Αυτές οι καταστάσεις περιλαμβάνουν ουσιαστικό ενδοκυτταρικό μεταβολισμό των αναβολικών αναβολικών ενώσεων χαμηλής συγγένειας σε ενώσεις υψηλής συγγένειας ή εξαρτώμενη από τη συγκέντρωση μετατόπιση των δεσμευμένων υποδοχέα Τ και DHT από τις αναβολικές ανδρογονικές ενώσεις (Gustafsson et al 1984). Επιπλέον, ακόμη και ελλείψει βιώσιμων υποδοχέων ανδρογόνων, αυτές οι ενώσεις ασκούν ανδρογόνο ορισμένες ή αναβολικές επιδράσεις σε διάφορους ιστούς του σώματος (Rommerts 1998). Αυτές οι παρατηρήσεις μπορεί να προσφέρουν έμμεσες ενδείξεις για ξεχωριστούς (έμμεσους) μηχανισμούς δράσης που εξαρτώνται από τους υποδοχέα. Στην πραγματικότητα, οι Rommerts et al προτείνουν ότι αν και διακριτό σε ορισμένους ιστούς, η άμεση και έμμεση δράση ανδρογόνων μπορεί να συνδεθεί στενά σε ιστούς ευαίσθητες και στις δύο επιδράσεις (Rommerts 1998). Καθώς η έρευνα των ανδρογόνων γίνεται πολύ πιο προηγμένη και επικεντρώνεται στην εξέταση του υποδοχέα ανδρογόνων, των πυρηνικών στοιχείων δράσης ανδρογόνων και της σηματοδότησης ανδρογόνων, οι ερευνητές πλησιάζουν στην επιθυμητή διάσπαση των αναβολικών και ανδρογονικών επιδράσεων.
Δράση ανδρογόνου – άμεσοι και έμμεσοι μηχανισμοί
Η δράση ανδρογόνου στα κύτταρα στόχου παραμένει μόνο εν μέρει charεξοργισμένο και κατανοητό. Οι αρχικοί ερευνητές πίστευαν ότι τα ανδρογόνα άσκησαν τα αποτελέσματά τους μόνο μέσω ενός κυτοσολικού υποδοχέα ανδρογόνων που παρουσιάζονται μόνο σε ιστούς εξαρτώμενους από το φύλο του σώματος. Σήμερα γνωρίζουμε ότι η κατάσταση είναι πολύ πιο περίπλοκη τόσο ως άμεσα είτε ως γονιδιωματικά αποτελέσματα, καθώς και έμμεσες ή μη γονιδιωματικές επιδράσεις έχουν αποκαλυφθεί σχεδόν σε κάθε ιστό του σώματος. Επιπλέον, οι υποδοχείς ανδρογόνων έχουν εντοπιστεί σε πολλούς ιστούς που δεν πιστεύεται ότι είναι ευαίσθητοι στο ανδρογόνο. Χρησιμοποιώντας τεχνικές δέσμευσης ραδιοσυχναστών, δοκιμασίες βιοχημικής ανταλλαγής και ανοσοϊστοχημικές τεχνικές, είναι σαφές ότι οι υποδοχείς ανδρογόνων υπάρχουν τόσο σε κυτοσολικά όσο και σε πυρηνικά κυτταρικά διαμερίσματα (Sar et al., 1990).
Αν και τα ανδρογόνα διαθέτουν τόσο γονιδιωματικές (άμεσες) όσο και μη γονιδιωματικές (έμμεσες) δράσεις, έχει θεωρηθεί ότι η πλειονότητα της δράσης τους είναι μέσω της άμεσης ενεργοποίησης της μεταγραφής DNA μέσω αλληλεπιδράσεων υψηλής συγγένειας με ενδοκυτταρικούς υποδοχείς ανδρογόνων (AR). Τουλάχιστον είναι, όμως, επειδή αυτές οι αλληλεπιδράσεις έχουν μελετηθεί με τη μεγαλύτερη λεπτομέρεια. Παρόλο που οι αλληλεπιδράσεις που εξαρτώνται από τον υποδοχέα μπορεί τελικά να αποδειχθούν ποσοτικά πολύ σημαντικά, καθώς οι ανεξάρτητες ενέργειες των υποδοχέων ανδρογόνων εξακολουθούν να αποκαλύπτονται, η αξία αυτών των μη γονιδιωματικών αλληλεπιδράσεων μπορεί να ρίξει νέο φως στις επιδράσεις του ανδρογόνου.
Έχει αποδειχθεί ότι ορισμένοι ευαίσθητοι με ανδρογόνα ιστούς δεν αποτελούνται από πυρηνικά στοιχεία δράσης ανδρογόνων (ARE). Επιπλέον, άλλοι ευαίσθητοι σε ανδρογόνα ιστούς δεν αποτελούνται από βιώσιμους ενδοκυτταρικούς υποδοχείς ανδρογόνων λόγω της ανυπακοής AR, της απουσίας AR ή του αποκλεισμού AR. Ως αποτέλεσμα, έχει υποτεθεί ότι τα ενδογενή ανδρογόνα (T και DHT για παράδειγμα) μπορούν να δρουν έμμεσα στα κύτταρα χωρίς την παρουσία AR. Για το σκοπό αυτό, πιστεύεται ότι τα ανδρογόνα μπορούν να λειτουργήσουν ως μεσολαβητές των παραγόντων δευτερογενούς μεταγραφής. να μπορούν να ενεργούν με την κατευθυντήρια γραμμή των αυτοκρινών και παρακρινών μεσολαβητών της γονιδιακής έκφρασης. ή ότι θα μπορούσαν να επηρεάσουν την έκκριση άλλων ορμονών που μεσολαβούν σε επιδράσεις ανδρογόνων σε απομακρυσμένους ιστούς (Verhoeven και Swinnen 1999). Επιπλέον, πιστεύεται ότι ορισμένες από αυτές τις επιδράσεις μπορεί να είναι το αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης πρωτεΐνης πλάσματος που δεσμεύονται από ανδρογόνα με εξωκυτταρικούς υποδοχείς (Rommerts 1998). Ορισμένες από τις θεωρημένες μη γονιδιωματικές, ανεξάρτητες από AR επιδράσεις των ανδρογόνων περιλαμβάνουν:
-Με παρακολούθησε τόσο στο ήπαρ που προέρχεται όσο και σε τοπικά παραγόμενο IGF-I και IGF-I mRNA (Arnold et al 1996, Mauras et al 1998) -Ποήθεια των γλυκοκορτικοειδών από τον υποδοχέα γλυκοκορτικοειδών και παρεμβολής των γλυκοκορτικοειδών δέσμευσης σε γλυκοκορτικοειδή στοιχεία (Hickson et al 1990 , Danhaive and Rousseau 1986, Danhaive and Rousseau 1988) -Η απελευθέρωση αρκετών αυτοκρινών “ανδρομετίνων”, συμπεριλαμβανομένου του αυξητικού παράγοντα που προκαλείται από ανδρογόνο, του αυξητικού παράγοντα που προέρχεται από το schwannoma, του αυξητικού παράγοντα των κερατινοκυττάρων και του αυξητικού παράγοντα των ινοβλαστών, για να αναφέρουμε μερικούς (Tanaka et al 1992 , Sonoda et al 1992, Yan et al 1992) -μεταμμβράνη εισροή εξωκυτταρικού ασβεστίου (Koenig et al 1989, Lieberherr και Grosse 1994, Steinsapir et al 1991) εξωκυτταρικός υποδοχέας (Peterziel 1998)
Αν και οι έμμεσες ενέργειες ανδρογόνων που συζητήθηκαν παραπάνω εξακολουθούν να υπόκεινται σε κερδοσκοπία, τα στοιχεία για την ανεξάρτητη δράση του υποδοχέα ανδρογόνων καθίστανται πολύ πιο εντυπωσιακά. Η άμεση δράση ανδρογόνων, από την άλλη πλευρά, είναι καλά χαρακτηρισμένη.
Υπάρχει όμως κάποια ασάφεια ως προς το αν το ανδρογόνο δεσμεύει το AR στο κυτοσόλιο ή στην πυρηνική μεμβράνη. Ανεξάρτητα από αυτό, το AR είναι συνήθως δεσμευμένο σε πρωτεΐνη θερμικού σοκ 90 που διατηρεί την ανενεργή κατάσταση AR και τη συγγένεια δέσμευσης ορμονών AR (Fang et al 1996). Κατά την δέσμευση, ωστόσο, η άμεση δράση ανδρογόνου ξεκινά ως ανασταλτικές πρωτεΐνες θερμικού σοκ απελευθερώνονται από τον υποδοχέα ανδρογόνων. Το AR στη συνέχεια φωσφορυλιώνεται και υφίσταται μια αλλαγή διαμόρφωσης που απαιτείται για τη μετατόπιση και τον διμερισμό (Grino et al., 1987). Αν και στον υποδοχέα άγριου τύπου, αυτή η δέσμευση προσδέματος είναι απαραίτητη για τη μεταγραφική δραστικότητα, ένας in vivo υποδοχέας με έναν διαγραμμένο τομέα δέσμευσης συνδέτη κάνει μεταγραφική δραστικότητα. Αυτό μπορεί να υποδεικνύει ότι ο πεδίο δέσμευσης που δεν έχει προσβληθεί είναι στην πραγματικότητα ένας καταστολέας δράσης του υποδοχέα λόγω των περιορισμών διαμόρφωσης στον μη δεσμευμένο υποδοχέα που διαθέτει τον τομέα δέσμευσης προσδέματος (Jenster et al 1991). Μόλις βρεθεί στον πυρήνα (είτε με άμεση δέσμευση εκεί είτε με μετατόπιση), ο φωσφορυλιωμένος υποδοχέας είναι διμερημένος και δεσμεύεται σε ένα στοιχείο δράσης ανδρογόνου DNA (ARE). Το στοιχείο δράσης της ορμόνης, το οποίο δεσμεύεται επίσης από άλλους υποδοχείς ορμονών από αυτή την οικογένεια, είναι μια αλληλουχία ζεύγους 15 ζεύγους που είναι υπεύθυνη για την έναρξη της μεταγραφής. Μόλις δεσμευτεί, άλλες μεταγραφές που ρυθμίζουν πρωτεΐνες ή συν-ενεργοποιητές μπορούν επίσης να δεσμεύουν το σύμπλοκο AR-είναι να σταθεροποιήσουν τον υποκινητή του ρυθμιζόμενου γονιδίου (Shibata et al 1997, Kang 1999). Τέτοιοι συν-ενεργοποιητές περιλαμβάνουν πρωτεΐνες όπως ARA 54, ARA 55, ARA 70, ARA 160 (Yeh et al 1996,Hsiao et al 1999). Αυτή η δέσμευση τέτοιων συν-παραγόντων τελικά οδηγεί στην κατευθυντήρια γραμμή του ρυθμού μεταγραφής. Το προκύπτον mRNA από μεταγραφή που εξαρτάται από ανδρογόνο στη συνέχεια επεξεργάζεται και μεταφέρεται σε ριβοσώματα όπου μεταφράζεται σε πρωτεΐνες που μπορούν να μεταβάλλουν την κυτταρική λειτουργία. Αν και ο παραπάνω μηχανισμός είναι μακράν ο πιο κυρίαρχος, σε ορισμένους ιστούς υπάρχουν ενδείξεις για μια εξαρτώμενη από τον προσδέτη εξαρτώμενη ενεργοποίηση της μεταγραφικής δραστικότητας μέσω του AR. Όπως επισημάνθηκε παραπάνω, ένας υποδοχέας χωρίς μη εγκεκριμένη με διαγραφή του τομέα δέσμευσης συνδέτη μπορεί να διαθέτει δραστηριότητα. Αυτό υποδεικνύει τη δραστηριότητα απουσία δέσμευσης προσδέματος. Επιπλέον, οι πτυχές ανάπτυξης (αυξητικός παράγοντας τύπου ινσουλίνης, αυξητικός παράγοντας κερατινοκυττάρων και επιδερμικός αυξητικός παράγοντας) καθώς και ενεργοποιητές πρωτεϊνικής κινάσης Α ενδέχεται να είναι σε θέση να προκαλέσουν μεταγραφικά ενεργό AR απουσία δέσμευσης συνδέτη (Culig et al 1995, Nazareth και Weigel 1996). Μερικοί από αυτούς τους ανεξάρτητους ενεργοποιητές μεταγραφής του προσδέματος μπορούν να δράσουν με την επίδραση της κατάστασης φωσφορυλίωσης AR.
Ο υποδοχέας ανδρογόνου
Ο υποδοχέας ανδρογόνου είναι μέλος της οικογένειας υποδοχέα στεροειδών των παραγόντων πυρηνικής μεταγραφής. Αυτή η οικογένεια είναι μια ομάδα δομικά σχετιζόμενων πτυχών πυρηνικής μεταγραφής που μεσολαβούν στη δράση των στεροειδών ορμονών. Η οικογένεια υποδοχέα στεροειδών περιλαμβάνει τρεις άλλους υποδοχείς, συμπεριλαμβανομένου του υποδοχέα γλυκοκορτικοειδών, του υποδοχέα ορυκορτικοειδών και του υποδοχέα προγεστερόνης (Beato 1989). Αν και υπάρχουν αρκετές περιοχές κάθε υποδοχέα που είναι ετερόλογες, οι τομείς δέσμευσης και δέσμευσης του DNA είναι εκπληκτικά εξαιρετικά διατηρημένες (Sheffeild-Moore 2000). Εκτός από τη δομική τους ομολογία, αυτοί οι υποδοχείς σχετίζονται επίσης με την ικανότητά τους να ενεργοποιούν τη γονιδιακή μεταγραφή μέσω του ίδιου στοιχείου δράσης ορμονών DNA (Quigley et al 1995).
Υπάρχουν δύο χαρακτηρισμένες μορφές του υποδοχέα ανδρογόνου. Η πρώτη και κυρίαρχη μορφή είναι μια πρωτεΐνη 110-114 kDa 910-919 αμινοξέα (Jenster et al 1991, Wilson et al 1992, Liao et al 1989). Το δεύτερο είναι μια μικρότερη πρωτεΐνη 87 kDa περίπου 720-729 αμινοξέα σε μήκος που αποτελούν μόνο περίπου 4-26% των ανιχνεύσιμων υποδοχέων ανδρογόνων που βρίσκονται σε ποικίλους ιστούς (Wilson and McPhaul 1996). Η συνάφεια αυτής της δεύτερης μορφής του υποδοχέα είναι άγνωστη, αλλά ο υποδοχέας πλήρους μήκους έχει χαρακτηριστεί καλά χαρακτηρισμένος. Η απομόνωση και ο χαρακτηρισμός αυτής της μορφής του cDNA ανθρώπινου υποδοχέα ανδρογόνων επέτρεψε την αλληλουχία των συστατικών αμινοξέων (Chang et al 1989).
Ο ανθρώπινος υποδοχέας ανδρογόνων είναι ένα μοναδικό πολυπεπτίδιο που αποτελείται από τέσσερις διακριτές λειτουργικούς τομείς (Quigley 1998).
Η περιοχή Α/Β είναι η Ν-τερματική περιοχή του AR και περιλαμβάνει πάνω από το ήμισυ της πρωτεΐνης υποδοχέα (υπολείμματα 1-537). Μέσα σε αυτόν τον τομέα υπάρχει μια περιοχή ενεργοποίησης μεταγραφής και αρκετές περιοχές των εκτάσεων ομοπολυμερούς αμινοξέων που μπορεί να είναι κρίσιμες για τη μεταγραφική ρύθμιση. Αυτές οι εκτάσεις αμινοξέων μπορεί επίσης να είναι κρίσιμες για τις αλληλεπιδράσεις με άλλες περιοχές της πρωτεΐνης υποδοχέα και στην εξεύρεση της τρισδιάστατης δομής του υποδοχέα. Μεταξύ των τεσσάρων μελών της οικογένειας υποδοχέων στεροειδών, η περιοχή αυτή είναι ελάχιστα συντηρημένη τόσο σε μήκος όσο και ομοιότητα αλληλουχίας (Evans 1988). Η περιοχή C του AR (υπολείμματα 559-624) είναι ο τομέας δέσμευσης DNA. Αυτή η περιοχή αποτελείται από δύο διπλωμένα “δάχτυλα ψευδαργύρου” τα οποία κάθε δέσμευση ενός ιόντος ψευδαργύρου. Το πρώτο δάχτυλο ψευδαργύρου είναι υπεύθυνο για την αναγνώριση της αλληλουχίας DNA-στόχου, ενώ η δεύτερη σταθεροποίηση της αλληλεπίδρασης του υποδοχέα DNA με επαφή με τη σπονδυλική στήλη DNA (Freedman 1992, Berg 1989). Μεταξύ των μελών της οικογένειας υποδοχέα στεροειδών, αυτή η περιοχή είναι η πιο συντηρημένη. Στην επικάλυψη μεταξύ των περιοχών C και D, υπάρχει αλληλουχία πυρηνικής στόχευσης (αμινοξέα 617-633) που είναι υπεύθυνη για τη μετατόπιση εξαρτώμενη από ανδρογόνο από το κυτοσόλιο στον πυρήνα (Jenster 1993). Η περιοχή D ή η περιοχή μεντεσέ (υπολείμματα 625-669) φαίνεται να είναι υπεύθυνη για τις μεταβολές διαμόρφωσης εξαρτώμενων από τα ανδρογόνα του AR. Επιπλέον, μια από τις θέσεις φωσφορυλίωσης AR βρίσκεται στην περιοχή αυτή (Zhou et al 1995). Τέλος, το e r