La vitamina D esercita la maggior parte delle sue funzioni in seguito al legame con il recettore VDR. Questo recettore è stato identificato in cellule epiteliali come proteina associata alla cromatina [4], è in grado di regolare l'espressione genica ed è stato isolato da molti tessuti diversi per cui oggi è considerato ubiquitario.Il VDR appartiene alla famiglia dei recettori nucleari: recettori intracellulari che dopo il legame con il ligando agiscono da fattori trascrizionali. In particolare, fa parte della sottofamiglia che comprende il recettore per l'ormone tiroideo, il recettore per l'acido retinoico e i PPARs (peroxisome proliferator activated receptors). Il VDR lega con alta affinità (10 -10 M) la vitamina D nella sua forma attiva e questo innesca la formazione di un eterodimero con il recettore dell'acido retinoico (RXR) non legato dal suo ligando. L'eterodimero riconosce sequenze specifiche dette VDREs (vitamin D responsive elements) sul promotore dei geni target, si lega al DNA e recluta coattivatori che permettono l'apertura della cromatina e l'accesso al complesso trascrizionale, oppure recluta corepressori che impediscono la trascrizione [5].Oggi è noto che il VDR ha anche effetti rapidi che non sono di natura genomica. Il recettore si può localizzare non solo nel nucleo ma anche sulla membrana cellulare e si pensa che qui possa attivare vie di segnalazione e secondi messaggeri nel citosol [6].Il VDR è composto da 427 amminoacidi ed ha un peso di circa 50 KDa. La struttura presenta vari domini funzionali, di cui i più importanti sono il dominio N-terminale detto DNA binding domain (DNA-BD) e il ligand binding domain (LBD), che è molto vasto e si estende fino al C-terminale. Quest'ultimo dominio è responsabile non solo del legame alla vitamina D ma anche della dimerizzazione con l'RXR e del legame dei fattori trascrizionali (figura 2). Figura 2. Schema della struttura del VDR e dei domini funzionali in cui è organizzato. Figura adattata da Glenville et al. [3].Gli studi di cristallografia e mutagenesi hanno fornito la struttura tridimensionale e messo in evidenza le parti essenziali per la funzionalità del recettore [7]. Il ligand binding domain è costituito da 12 alfa eliche di cui la parte più importante è la parte terminale. Le eliche 9 e 10 e il loop tra la 8 e la 9 sono coinvolte nell'eterodimerizzazione con l'RXR. La struttura detta AF-2 (activation function domain 2), costituita da una porzione delle eliche 3, 5 e 12, è importante per il legame dei coattivatori.Nel LDB ci sono tre amminoacidi fondamentali per la funzionalità del VDR: l'Arginina in posizione 274 fondamentale per il legame con il ligando, l'arginina 391 per l'eterodimerizzazione con l'RXR e l'acido glutammico 420 per il legame di coattivatori (transattivazione). In pazienti con rachitismo ereditario resistente alla vitamina D di tipo 2 è stata rilevata la mutazione dell'arginina 274 in leucina, mentre in pazienti con rachitismo associato ad alopecia è stata rilevata la mutazione dell'arginina 391 in cisteina che impedisce il legame con l'RXR. La mutazione provoca la perdita di un gruppo amminico presente sull'arginina e fondamentale per l'interazione con la vitamina D, quindi viene a mancare il legame della vitamina D e l'attivazione del VDR [8,9].Il legame della vitamina D induce un cambiamento conformazionale nella regione AF-2 del recettore, in particolare si chiude l'alfa elica 12, e questo permette l'attivazione del recettore ed il legame ai coattivatori [7].Il DNA binding domain del VDR, così come quello dell'RXR, presenta due domini a dita di zinco, costituiti da due alfa eliche orientate fra loro ad angolo retto, di cui una lega il DNA nel solco maggiore del DNA (figura 3) [3]. I domini a dita di zinco sono domini contenenti un atomo di zinco coordinato a quattro residui di cisteina per formare una struttura tetraedrica necessaria nel mantenere la conformazione tridimensionale del dominio.Le sequenze VDRE riconosciute dall'eterodimero VDR-RXR che lega il DNA sono costituite da due sequenze esanucleotidiche separate da un numero variabile di nucleotidi. Generalmente i nucleotidi di separazione sono 3 (nelle sequenze DR3, rappresentata in figura 3), o 6 (nelle sequenze invertite ER6). Il VDR lega la sequenza rivolta al 3', l'RXR la sequenza ripetuta rivolta al 5'. La sequenza esanucleotidica al 3' a maggiore affinità per il VDR è: RGTTCA (R sta per A o G).La sequenza al 5' è: RGGTCA [10]. Tuttavia, solitamente da una a tre basi sono diverse. Questo fa sì che l'affinità sia variabile e quindi si abbia una risposta diversa per i diversi geni regolati dal VDR. In particolare, le varie sequenze potrebbero indurre specifiche conformazioni del complesso VDR-RXR promuovendo l'associazione a distinti comodulatori e permettendo di ottenere azioni diverse [11].Le sequenze VDRE sono più di una per ogni gene e ogni sequenza agisce in sinergia con le altre. Le VDRE sono solitamente prossimali al promotore, ma possono anche localizzarsi in regioni enhancer o silencer più distanti, com'è stato osservato per i geni TRPV6 (receptor potential vanilloid type 6), RANKL (receptor activator of nuclear factor κB ligand) ed il gene dello stesso VDR (tabella 1) [12,13]. La fosforilazione più importante è catalizzata dalla casein chinasi 2 (CK2) sulla serina 208 e migliora l'attività trascrizionale del complesso favorendo il reclutamento di coattivatori come DRIP205 [14]. I coattivatori associati al VDR reclutano istone acetilasi e molti sono essi stessi fattori di acetilazione degli istoni (HATs), come SRC-1,27 CBP/p300 or pCAF, o fattori di rimodellamento della cromatina come SWI/SNF28. Il VDR recluta anche fattori associate alla TATA binding protein, TFIIB e i fattori trascrizionali basali, D receptor interacting proteins (RIPs) ed il fattore di splicing NCoA-62 [5]. Nel caso di alcuni geni però, la trascrizione viene repressa: il complesso VDR-RXR lega corepressori e questi reclutano istone deacetilasi e metilasi che compattano la cromatina impedendo l'accesso ai fattori trascrizionali. Molti geni regolati negativamente presentano delle sequenze VDRE con specifiche basi diverse da quelle della sequenza consenso, e si pensa che siano queste le responsabili della diversa regolazione operata dal VDR su alcuni geni in alcuni tessuti.