Synergistic activation of human pregnane X receptor by binary cocktails of pharmaceutical and environmental compounds

Abstract

Humans are chronically exposed to multiple exogenous substances, including environmental pollutants, drugs and dietary components. Many of these compounds are suspected to impact human health, and their combination in complex mixtures could exacerbate their harmful effects. Here we demonstrate that a pharmaceutical oestrogen and a persistent organochlorine pesticide, both exhibiting low efficacy when studied separately, cooperatively bind to the pregnane X receptor, leading to synergistic activation. Biophysical analysis shows that each ligand enhances the binding affinity of the other, so the binary mixture induces a substantial biological response at doses at which each chemical individually is inactive. High-resolution crystal structures reveal the structural basis for the observed cooperativity. Our results suggest that the formation of ‘supramolecular ligands' within the ligand-binding pocket of nuclear receptors contributes to the synergistic toxic effect of chemical mixtures, which may have broad implications for the fields of endocrine disruption, toxicology and chemical risk assessment.

L’association fait le poison

“…Il existe en effet dans notre environnement plus de 150 000 composés dont l'action combinée pourrait avoir des effets inattendus sur la santé humaine au regard de leur innocuité reconnue ou supposée en tant que substances isolées. Les approches inté-gratives telles que celles utilisées dans l'article présenté ici [6] permettent de mieux comprendre les mécanismes moléculaires mis en jeu dans la perturbation endocrinienne et, en particulier, dans les effets de mélange, mais égale-ment de développer des outils bio-informatiques de prédiction de l'activité hormonale potentielle des xénobiotiques. Ainsi, ces résultats auront le potentiel d'influer sur les méthodes d'évaluation des risques des xénobiotiques mais éga-lement d'orienter le développement de composés chimiques plus sûrs.…”

“…Au-delà de leurs effets individuels, il était également pressenti que l'activité biologique de ces composés, lorsqu'ils sont contenus dans des mélanges, pouvait être très différente de celle observée pour les molécules testées isolément. Une étude récente vient de confirmer expé-rimentalement ce phénomène, connu sous le nom « d'effet cocktail », et propose un mécanisme moléculaire qui pourrait expliquer une partie des effets à faibles doses des perturbateurs endocriniens ainsi que certaines interactions médicamenteuses [6]. Ces résultats ont donc des implications importantes pour les domaines de la réglementation et de l'évalua-tion des risques chimiques, ainsi que celui de la prescription médicale, et des changements dans ces domaines sont maintenant attendus.…”

“…Ensemble, les deux composés interagissent pour former un ligand supramoléculaire qui occupe totalement la cavité et forme davantage d'interactions avec celle-ci que les molécules seules. Cette augmentation du nombre et de la force des contacts protéine/ ligand permet de stabiliser plus efficacement la forme transcriptionnellement active du récepteur, et d'accroître très la poche de liaison d'un même récep-teur nucléaire, corrélée à une activation accrue du récepteur [6].…”

Human Xenobiotic Nuclear Receptor PXR AugmentsMycobacterium tuberculosisSurvival

“…This indicates that the binding between PXRs LBD and MAs is a thermodynamically favorable interaction. Competitive ligand-binding assay was performed to evaluate the canonical binding of MA to hPXR by using TR-FRET PXR competitive binding assay (23). A dose-dependent decrease in TR-FRET emission ratio was observed when we added 0.5, 1, and 2 ml MA fraction.…”

“…To read a LanthaScreen TR-FRET assay, Biotech synergy fluorimeter was used, which is configured to excite the terbium donor at ∼340 nm, and to separately read the terbium emission peak that is centered at ∼490 nm, and the fluorescein emission that is centered at ∼520 nm. Results are expressed as the TR-FRET ratio: emission signal at 520 nm divided by the emission signal at 495 nm (520 nm/ 495 nm ratio) (23).…”