Angiopoietin-like protein 4 (ANGPTL4/FIAF) has been proposed as a circulating mediator between the gut microbiota and fat storage. Here, we show that transcription and secretion of ANGPTL4 in human T84 and HT29 colon adenocarcinoma cells is highly induced by physiological concentrations of short-chain fatty acids (SCFA). SCFA induce ANGPTL4 by activating the nuclear receptor peroxisome proliferator activated receptor γ (PPARγ), as demonstrated using PPARγ antagonist, PPARγ knockdown, and transactivation assays, which show activation of PPARγ but not PPARα and PPARδ by SCFA. At concentrations required for PPARγ activation and ANGPTL4 induction in colon adenocarcinoma cells, SCFA do not stimulate PPARγ in mouse 3T3-L1 and human SGBS adipocytes, suggesting that SCFA act as selective PPARγ modulators (SPPARM), which is supported by coactivator peptide recruitment assay and structural modeling. Consistent with the notion that fermentation leads to PPAR activation in vivo, feeding mice a diet rich in inulin induced PPAR target genes and pathways in the colon. We conclude that (i) SCFA potently stimulate ANGPTL4 synthesis in human colon adenocarcinoma cells and (ii) SCFA transactivate and bind to PPARγ. Our data point to activation of PPARs as a novel mechanism of gene regulation by SCFA in the colon, in addition to other mechanisms of action of SCFA.

Mineralocorticoid receptor antagonists (MRAs) reduce morbidity and mortality in chronic heart failure. Novel nonsteroidal MRAs are currently developed and need to be pharmacologically characterized in comparison to classical steroidal MRAs. A mouse model of cardiac fibrosis induced by short-term isoproterenol injection was used to compare the nonsteroidal MRA finerenone and the steroidal MRA eplerenone in equi-efficient systemic MR blocking dosages. Molecular mechanisms were studied in MR-expressing H9C2/MR+ cardiomyocytes and in MR transcriptional cofactor binding assays. Both MRAs significantly inhibited an isoproterenol-mediated increase of left ventricular mass. Isoproterenol-induced cardiac fibrosis and macrophage invasion were potently blocked by finerenone, whereas eplerenone had no significant effect. Speckle tracking echocardiography revealed a significant improvement of global longitudinal peak strain by finerenone, an effect less prominent with eplerenone. Antifibrotic actions of finerenone were accompanied by a significant inhibition of profibrotic cardiac TNX ( tenascin-X ) expression, a regulation absent with eplerenone. Finally, we show a higher potency/efficacy and inverse agonism of finerenone versus eplerenone in MR transcriptional cofactor binding assays indicating differential MR cofactor modulation by steroidal and nonsteroidal MRAs. This study demonstrates that the nonsteroidal MRA finerenone potently prevents cardiac fibrosis and improves strain parameters in mice. Cardiac antifibrotic actions of finerenone may result from the inhibition of profibrotic TNX gene expression mediated by differential MR cofactor binding. Selective MR cofactor modulation provides a molecular basis for distinct (pre)-clinical actions of nonsteroidal and steroidal MRAs.

Abstract Phospholipids are ligands for nuclear hormone receptors (NRs) and regulate transcriptional programs relevant to normal physiology and disease. Here, we demonstrate that mimicking phospholipid-NR interactions greatly improves agonists of liver receptor homolog-1 (LRH-1), a promising therapeutic target for diabetes and colitis. Conventional LRH-1 modulators partially occupy the binding pocket, leaving vacant a region important for phospholipid binding and allostery. Therefore, we constructed a set of hybrid molecules with elements of natural phospholipids appended to a synthetic LRH-1 agonist. The phospholipid-mimicking group improves binding affinity, increases LRH-1 transcriptional activity, promotes coregulator recruitment, and interacts with the targeted LRH-1 residues in crystal structures. The best new agonist markedly improves colonic histopathology and disease-related weight loss in a humanized LRH-1 murine T-cell transfer model of colitis. This is the first evidence of in vivo efficacy for an LRH-1 modulator in colitis, a leap forward in agonist development.

LRH-1 is a nuclear receptor that regulates lipid metabolism and homeostasis, making it an attractive target for the treatment of diabetes and non-alcoholic fatty liver disease. Building on recent structural information about ligand binding from our labs, we have designed a series of new LRH-1 agonists that further engage LRH-1 through added polar interactions. While the current synthetic approach to this scaffold has, in large part, allowed for decoration of the agonist core, significant variation of the bridgehead substituent is mechanistically precluded. We have developed a new synthetic approach to overcome this limitation, identified that bridgehead substitution is necessary for LRH-1 activation, and described an alternative class of bridgehead substituents for effective LRH-1 agonist development. We determined the crystal structure of LRH-1 bound to a bridgehead-modified compound, revealing a promising opportunity to target novel regions of the ligand-binding pocket to alter LRH-1 target gene expression.

The farnesoid X receptor (FXR) is a nuclear receptor (NR) known to obligately heterodimerize with the retinoid X receptor (RXR). FXR is expressed as four isoforms (α1-α4) that drive transcription from IR-1 (inverted repeat-1) response elements (REs). Recently, we found that FXR isoforms α2/α4 also activate transcription from non-canonical ER-2 (everted repeat-2) REs, mediating most metabolic effects of general FXR activation. Here, we explored molecular determinants of regulation by FXRα2 from ER-2 REs through quantitative interaction proteomics, site-directed mutagenesis and transcriptomics. We discovered FXRα2 binds to and activates ER-2 elements in vitro and in reporter assays independently of RXR. Genome-wide binding analysis in mouse liver revealed higher ER-2 motif enrichment in FXR sites lacking RXR. Abrogation of FXRα2:RXR heterodimerization abolished IR-1, but preserved ER-2 transactivation. Transcriptome-wide, RXR overexpression inhibited 25% of FXRα2 targets in HepG2. These genes were specifically activated by the heterodimerization-deficient mutant FXRα2L434R, enriched for ER-2 motifs at their promoters, and involved in lipid metabolism and ammonia detoxification. In conclusion, RXR acts as a molecular switch, inhibiting FXRα2 activation from ER-2 while enhancing it from canonical IR-1 REs. Our results showcase FXR as the first NR with isoform-specific RXR-independent REs, highlighting a new layer of regulation and complexity for RXR-heterodimerizing NRs.

Acquired resistance to endocrine therapy remains a significant clinical burden for breast cancer patients. Somatic mutations in the ESR1 (estrogen receptor alpha (ERα) gene ligand-binding domain (LBD) represent a recognized mechanism of acquired resistance. Antiestrogens with improved efficacy versus tamoxifen might overcome the resistant phenotype in ER+ breast cancers. Bazedoxifene (BZA) is a potent antiestrogen that is clinically approved for use in hormone replacement therapies. We find BZA possesses improved inhibitory potency against the Y537S and D538G ERα mutants compared to tamoxifen and has additional inhibitory activity in combination with the CDK4/6 inhibitor palbociclib. In addition, comprehensive biophysical and structural biology studies show that BZA’s selective estrogen receptor degrading (SERD) properties that override the stabilizing effects of the Y537S and D538G ERα mutations.

Abstract Glucocorticoids display remarkable anti-inflammatory activity, but their use is limited by on-target adverse effects including insulin resistance and skeletal muscle atrophy. We used a chemical systems biology approach, Ligand Class Analysis (LCA), to examine ligands designed to modulate glucocorticoid receptor activity through distinct structural mechanisms. These ligands displayed diverse activity profiles, providing the variance required to identify target genes and coregulator interactions that were highly predictive of their effects on myocyte glucose disposal and protein balance. Their anti-inflammatory effects were linked to glucose disposal but not muscle atrophy. This approach also predicted selective modulation in vivo , identifying compounds that were muscle sparing or anabolic for protein balance and mitochondrial potential. LCA defined the mechanistic links between the ligand-receptor interface and ligand-driven physiological outcomes, a general approach that can be applied to any ligand-regulated allosteric signaling system.

Abstract Exogenous glucocorticoids are frequently used to treat inflammatory disorders and as adjuncts for treatment of solid cancers. However, their use is associated with severe side effects and therapy resistance. Novel glucocorticoid receptor (GR) ligands with a patient-validated reduced side effect profile have not yet reached the clinic. GR is a member of the nuclear receptor family of transcription factors and heavily relies on interactions with coregulator proteins for its transcriptional activity. To elucidate the role of the GR interactome in the differential transcriptional activity of GR following treatment with agonists, antagonists, or lead selective GR agonists and modulators (SEGRAMs), we generated comprehensive interactome maps by high-confidence proximity proteomics in lung epithelial carcinoma cells. We found that the GR antagonist RU486 and the SEGRAM Dagrocorat both reduced GR interaction with CREB-binding protein (CBP)/p300 and the Mediator complex when compared to the full GR agonist Dexamethasone. Our data offer new insights into the role of differential coregulator recruitment in shaping ligand-specific GR-mediated transcriptional responses. In Brief Glucocorticoids are commonly prescribed for the treatment of inflammatory disorders but are associated with severe side effects. Novel glucocorticoid receptor (GR) ligands with strong anti-inflammatory effects but reduced side effects are still sought after. Despite decades-long GR research, there is still an incomplete understanding of the molecular mechanisms driving context-specific GR activity. Using proximity labeling proteomics, we identified CREB-binding protein (CBP), p300 and the Mediator complex as potential crucial GR coregulators driving ligand-induced changes in GR’s transcriptional activity. Highlights Glucocorticoids (GCs), potent anti-inflammatory agents, can elicit side effects More selective GCs, causing less side effects, are currently still unavailable Lack of fundamental insights on context-specific actions of the GC receptor (GR) We mapped ligand-specific GR interactomes using proximity labeling proteomics p300/CBP and Mediator undergo ligand-dependent changes in interaction with GR