Bisphenol A (BPA) is an industrial compound and a well known endocrine-disrupting chemical with estrogenic activity. The widespread exposure of individuals to BPA is suspected to affect a variety of physiological functions, including reproduction, development, and metabolism. Here we report that the mechanisms by which BPA and two congeners, bisphenol AF and bisphenol C (BPC), bind to and activate estrogen receptors (ER) α and β differ from that used by 17β-estradiol. We show that bisphenols act as partial agonists of ERs by activating the N-terminal activation function 1 regardless of their effect on the C-terminal activation function 2, which ranges from weak agonism (with BPA) to antagonism (with BPC). Crystallographic analysis of the interaction between bisphenols and ERs reveals two discrete binding modes, reflecting the different activities of compounds on ERs. BPA and 17β-estradiol bind to ERs in a similar fashion, whereas, with a phenol ring pointing toward the activation helix H12, the orientation of BPC accounts for the marked antagonist character of this compound. Based on structural data, we developed a protocol for in silico evaluation of the interaction between bisphenols and ERs or other members of the nuclear hormone receptor family, such as estrogen-related receptor γ and androgen receptor, which are two known main targets of bisphenols. Overall, this study provides a wealth of tools and information that could be used for the development of BPA substitutes devoid of nuclear hormone receptor-mediated activity and more generally for environmental risk assessment.

Abstract Most marine organisms have a biphasic life cycle during which a pelagic larva is transformed into a radically different juvenile. In vertebrates the role of thyroid hormones (TH) in triggering this transition is well known, but how the morphological and physiological changes are integrated in a coherent way with the ecological transition remains poorly explored. To gain insight into this question, we performed an integrative analysis of metamorphosis of a marine teleost, the clownfish Amphiprion ocellaris . We reveal how TH coordinate a change in color vision as well as a major metabolic shift in energy production, hence highlighting its central integrative role in regulating this transformation. By manipulating the activity of LXR, a major regulator of metabolism, we also reveal a tight link between metabolic changes and metamorphosis progression. Strikingly, we observed that these regulations are at play in the wild revealing how hormones coordinate energy needs with available resources during life cycle.

Summary Living organisms have developed protein sensors helping them to adapt to their environment 1 . The aryl hydrocarbon receptor (AHR) is an emblematic member of this class of proteins, and a ligand-dependent transcription factor that mediates a broad spectrum of (patho)physiological processes in response to numerous substances including pollutants, natural products and metabolites 2 . However, in the absence of high-resolution structural data, a molecular understanding of how AHR is activated by such diverse compounds is lacking. Here we present a 2.85 Å cryo-electron microscopy structure of the cytosolic complex comprising AHR bound to the ligand indirubin, the chaperone Hsp90 and the co-chaperone XAP2. The structure reveals a closed Hsp90 dimer with AHR threaded through its lumen. XAP2 directly interacts with Hsp90 and the AHR ligand-binding domain, thereby acting as a brace stabilizing the entire complex. Importantly, we provide the first experimental visualization of the AHR PAS-B domain bound to a ligand, revealing a unique organization of the ligand-binding pocket and the structural determinants of ligand-binding specificity and promiscuity of the receptor. By providing unprecedented structural details of the molecular initiating event leading to AHR activation, our study rationalizes prior biochemical data and provides a framework for future mechanistic studies and structure-guided drug design.

The retinoic acid receptors (RARs) form heterodimers with retinoid X receptors (RXRs) and control gene transcription in response to ligand binding and via allosteric activation of the C-termini helix (helix H12) of its ligand-binding domain. Herein we show that in the absence of ligand, helices H12 of RXR and RAR are disordered. The selective RAR agonist, Am580, induces folding of H12, whereas in the presence of the inverse agonist BMS493, H12 stays mostly disordered. These results substantiate a link between the structural dynamics of H12 and RXR/RAR heterodimer biological functions, and highlight disordered-to-order transition as an essential mechanism for retinoic acid mediated regulation. Unliganded RAR exerts a strong repressive activity allowed by the recruitment of transcriptional corepressors and establishment of a corepressor complex in the promoter region of target genes. The human regulatory complex of the RARα bound to the full-length interaction domain of the corepressor N-CoR was studied by integrating several experimental (SAXS, X-ray crystallography, NMR, CD, AUC) and computational data. Unexpectedly, we found that, while mainly intrinsically disordered, the N-CoR presents partially evolutionary conserved structured regions that are involved in transient intramolecular contacts. In the presence of RXR/RAR, we show that N-CoR exploits its multivalency to form a multi-site complex that diplays an equilibrium between different conformational states. This conformational equilibrium is modulated by cognate ligands, RAR point mutation and RXR H12 deletion. Now, we can state that, in addition to NR conformation and ligand-induced allosteric changes, intrinsic disorder is substantially embedded in the synergetic regulation of RXR/RAR activity and its resulting abilities to communicate with the intracellular components.