Carvone is an atypical negative allosteric modulator of aryl hydrocarbon receptor

Mgr. Karolína ONDROVÁ

Doctoral thesis

Nutraceutic interactions with xenobiotic metabolic pathways

Abstract:

Human aryl hydrocarbon receptor (AhR) is a ligand-activated transcription factor that is a key regulator of human physiology and pathophysiology. Existing AhR antagonists bind to the orthosteric sites. However, allosteric inhibition has not yet been discovered, and was previously thought to be untenable. Dietary monocyclic monoterpenoid carvones were identified as the first non-competitive antagonists of AhR, and we characterized the structural and functional consequences of their binding to AhR. Carvones were found to bind allosterically in the bHLH/PAS-A region of AhR domains and did not displace radiolabeled ligands from binding to AhR. Carvones do not influence the translocation of ligand-activated AhR into the nucleus, but inhibit the heterodimerization of AhR with its canonical partner aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator (ARNT) and the subsequent binding of AhR to the CYP1A1 promoter. As a proof of concept, we demonstrated physiologically relevant Ahr antagonism by carvones in vivo in mice. The selective targeting of AhR by carvones, regardless of the type of bound ligand, provides opportunities for treating AhR-modified diseases.

Abstract:

Lidský aryl uhlovodíkový receptor (AhR) je ligandem aktivovaný transkripční faktor, který hraje důležitou roli v lidské fyziologii a patofyziologii. Mnoho známých antagonistů se váže na ortosterická místa receptorů, zatímco alosterická inhibice AhR nebyla dosud popsána a dříve byla považovaná za nedosažitelnou. Monocyklické monoterpenoidy karvony pocházející ze stravy byly v této práci poprvé identifikovány jako nekompetitivní antagonisté AhR a byly charakterizovány strukturální a funkční důsledky jejich vazby na AhR. Bylo zjištěno, že karvony se alostericky váží v oblasti bHLH/PAS-A domén AhR a zároveň nevytěsňují radioaktivně značené ligandy z vazby na AhR. Karvony neovlivňují translokaci ligandem aktivovaného AhR do jádra, ale inhibují heterodimerizaci AhR s jeho kanonickým partnerem ARNT a následnou vazbu AhR do promotoru CYP1A1. Karvony vyvolaný AhR antagonismus byl demonstrován také in vivo na myších. Selektivní cílení AhR za pomoci karvonů bez ohledu na typ přítomného ligandu by mohlo poskytnout příležitost pro léčbu chorobných procesů, do jejichž regulace je AhR zapojen.

Keywords

Aryl uhlovodíkový receptor, antagonismus, monoterpen, karvon, alosterické vazebné místo

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 6. 2023

Thesis defence

• Supervisor: prof. RNDr. Zdeněk Dvořák, DrSc., prof. RNDr. Zdeněk Dvořák, DrSc.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology / Molecular and Cell Biology