Structural study of nuclear receptor RXR/VDR complex with its target DNA by cryo-electron microscopy and 3D reconstruction

Les récepteurs nucléaires sont une classe de protéines qui régulent l'expression de gènes spécifiques de manière à contrôler des processus moléculaires impliqués dans le développement, l'homéostasie et le métabolisme. Ces protéines ont la capacité de se lier directement à l'ADN qui est unique en comparaison avec d'autres classes de molécules réceptrices, et en présence du ligand ils régulent l'expression des gènes adjacents à la région promotrice. Nous avons utilisé la cryo-microscopie électronique de particules isolées (cryo-ME) afin d’étudier l'architecture d'un ensemble représentatif des récepteurs nucléaires avec l'ADN. Nous avons déterminé la structure du complexe VDR-RXR des récepteurs nucléaires sur un fragment d'ADN court (20 paires de base) dans des conditions cryo à une résolution de 10-12Å. La structure du complexe révèle que hétéro dimère LBD est une unité assez rigide et stable au sein du complexe même en présence de DBDs et l'ADN. Notamment, la structure du complexe RXR / VDR avec l’ADN montre que hélice H12 de transactivation et le site de liaison du co-activateur VDR pointe vers la direction 3 'et side-on à l'ADN (en face de la DBDs), suggérant que les co-activateur agit en aval de l'élément de réponse NR. Ceci est cohérent avec l'idée que les récepteurs nucléaires auxquels l’ADN est lié maintiennent l’helice H12 de trans-activation accessible pour le recrutement de la chromatine, la modification de co-régulateur de protéines qui agissent sur la région nucléosome assortis de l'ADN en aval.Nuclear receptors are ligand-dependant transcription regulators that bind directly to the DNA in the promoter region of a target gene. Their regulation occurs through steroid hormones and vitamin A and D derivatives. Structural studies of different kinds of complexes of nuclear receptors with a DNA can provide a basis for the investigation of molecular mechanisms of the ligand-dependant transcription regulation by steroid hormones and vitamins. Until now, structural studies of nuclear receptors have focused mainly on their two individual core domains, the ligand-binding domain (LBD) and the DNA-binding domain (DBD). Here we present the architecture of the full nuclear receptor heterodimeric complex of the ligand-bound vitamin D receptor (VDR) and retinoid X receptor (RXR) bound to a consensus DNA response element forming a direct repeat (DR3). The structure of the RXR/VDR/DNA complex has been determined by single particle cryo-electron microscopy whilst overcoming technical challenges related to the 100kDa molecular weight of the object. The structure reveals an open conformation with the DBD and LBD parts connected through well-resolved hinges. The DBDs are bound side-on to the DNA partially facing the LBDs while keeping the area of transactivation helix H12 accessible for recruiting chromatin-modifying co-regulator proteins on the side oriented downstream of the DNA