Histonacetyltransferázy (HAT)Edit
Histonacetyltransferázy, známé také jako HAT, jsou rodinou enzymů, které acetylují histonové ocásky nukleozomu. Tato a další modifikace se projevují na základě měnících se stavů buněčného prostředí. Bylo zdokumentováno mnoho proteinů s acetylačními schopnostmi, které byly po čase roztříděny na základě sekvenční podobnosti mezi nimi. Tyto podobnosti jsou mezi členy jedné rodiny vysoké, ale členové z různých rodin vykazují velmi malou podobnost. Některé z hlavních dosud identifikovaných rodin jsou následující.
Rodina GNATEdit
General Control Non-Derepressible 5 (Gcn5) -related N-Acetyltransferases (GNATs) je jednou z mnoha studovaných rodin se schopností acetylace. Tato nadrodina zahrnuje faktory Gcn5, který je součástí komplexů SAGA, SLIK, STAGA, ADA a A2, Gcn5L, faktor spojený s proteinem p300/CREB (PCAF), Elp3, HPA2 a HAT1. Mezi hlavní rysy rodiny GNAT patří domény HAT o délce přibližně 160 zbytků a konzervovaná bromodoména, u níž bylo zjištěno, že je motivem pro cílení acetyl-lysinu. Bylo prokázáno, že Gcn5 acetyluje substráty, pokud je součástí komplexu. Bylo zjištěno, že rekombinantní Gcn5 se podílí na acetylaci histonů H3 nukleosomu. Bylo zjištěno, že v menší míře acetyluje také histony H2B a H4, pokud je zapojen do jiných komplexů. PCAF má schopnost působit jako HAT protein a acetyluje histony, může acetylovat nehistonové proteiny související s transkripcí a také působit jako koaktivátor v mnoha procesech včetně myogeneze, aktivace zprostředkované jadernými receptory a aktivace signalizované růstovými faktory. Elp3 má schopnost acetylovat všechny histonové podjednotky a vykazuje také účast v holoenzymu RNA polymerázy II.
Rodina MYSTEdit
MOZ (Monocytic Leukemia Zinc Finger Protein), Ybf2/Sas3, Sas2 a Tip60 (Tat Interacting Protein) tvoří MYST, další známou rodinu, která vykazuje acetylační schopnosti. Do této rodiny patří Sas3, esenciální acetyltransferáza související se SAS (Esa1), Sas2, Tip60, MOF, MOZ, MORF a HBO1. Členové této rodiny mají mnohostranné funkce, nejen s aktivací a umlčováním genů, ale ovlivňují také vývoj a mají význam pro lidská onemocnění. Sas2 a Sas3 se podílejí na umlčování transkripce, MOZ a TIF2 se podílejí na tvorbě leukemických translokačních produktů, zatímco MOF se podílí na dávkové kompenzaci u drozofily. MOF také ovlivňuje spermatogenezi u myší, protože se podílí na expanzi fosforylace H2AX během leptotenického až pachytenického stadia meiózy. HAT domény této rodiny mají přibližně 250 zbytků, které zahrnují domény bohaté na cystein, vázající zinek a také N-koncové chromodomény. Proteiny MYST Esa1, Sas2 a Sas3 se vyskytují u kvasinek, MOF u drozofily a myší, zatímco Tip60, MOZ, MORF a HBO1 u lidí. Tip60 hraje roli v regulaci genové transkripce, u HBO byl zjištěn vliv na proces replikace DNA, MORF je schopen acetylovat volné histony (zejména H3 a H4) i nukleozomální histony.
rodina p300/CBPEdit
Adenovirový E1A asociovaný protein o velikosti 300 kDa (p300) a protein vážící CREB (CBP) tvoří další rodinu HAT. Tato rodina HAT obsahuje domény HAT, které jsou dlouhé přibližně 500 zbytků a obsahují bromodomény a také tři domény bohaté na cystein-histidin, které pomáhají při interakcích s proteiny. Tyto HAT jsou známé tím, že acetylují všechny histonové podjednotky v nukleozomu. Mají také schopnost acetylovat a zprostředkovávat nehistonové proteiny zapojené do transkripce a podílejí se také na buněčném cyklu, diferenciaci a apoptóze.
Další HATsEdit
Existují další proteiny, které mají acetylační schopnosti, ale liší se strukturou od dříve zmíněných rodin. Jeden HAT se nazývá koaktivátor steroidních receptorů 1 (SRC1), který má doménu HAT umístěnou na konci C-konce proteinu spolu s doménou basic helix-loop-helix a doménami PAS A a PAS B s motivem interakce s receptory LXXLL uprostřed. Dalším je ATF-2, který obsahuje transkripční aktivační doménu (ACT) a základní zipovou DNA vazebnou doménu (bZip) s HAT doménou mezi nimi. Poslední je TAFII250, která má kinázovou doménu v oblasti N-konce, dvě bromodomény umístěné v oblasti C-konce a HAT doménu umístěnou mezi nimi.
Histonové deacetylázy (HDAC)Edit
Existují celkem čtyři třídy, které kategorizují histonové deacetylázy (HDAC). Třída I zahrnuje HDAC 1, 2, 3 a 8. Třída II se dělí na dvě podskupiny, třídu IIA a třídu IIB. Třída IIA zahrnuje HDAC 4, 5, 7 a 9, zatímco třída IIB zahrnuje HDAC 6 a 10. Třída III obsahuje sirtuiny a třída IV obsahuje pouze HDAC11. Třídy proteinů HDAC jsou rozděleny a seskupeny na základě srovnání se sekvenčními homology Rpd3, Hos1 a Hos2 pro HDAC třídy I, HDA1 a Hos3 pro HDAC třídy II a sirtuiny pro HDAC třídy III.
HDAC třídy IEdit
HDAC1 & HDAC2Edit
HDAC1 & HDAC2 jsou si v první třídě HDAC navzájem nejblíže. Analýzou celkových sekvencí obou HDAC byla zjištěna jejich přibližně 82% podobnost. Bylo zjištěno, že tyto enzymy jsou po izolaci neaktivní, což vedlo k závěru, že musí být inkorporovány s kofaktory, aby se aktivovaly jejich deacetylázové schopnosti. Existují tři hlavní proteinové komplexy, do kterých se HDAC 1 & 2 mohou začlenit. Mezi tyto komplexy patří Sin3 (pojmenovaný podle svého charakteristického proteinu mSin3A), Nucleosome Remodelling and Deacetylating complex (NuRD) a Co-REST. Komplex Sin3 a komplex NuRD obsahují HDAC 1 a 2, protein 48 asociovaný s Rb (RbAp48) a RbAp46, které tvoří jádro každého komplexu. K iniciaci maximálního možného množství dostupné aktivity však mohou být zapotřebí i další komplexy. HDAC 1 a 2 se mohou také přímo vázat na DNA vazebné proteiny, jako jsou Yin and Yang 1 (YY1), Rb binding protein 1 a Sp1. Bylo zjištěno, že HDAC 1 a 2 vyjadřují regulační úlohu v klíčových genech buněčného cyklu včetně p21.
Aktivitu těchto HDAC lze ovlivnit fosforylací. Zvýšené množství fosforylace (hyperfosforylace) vede ke zvýšení deacetylázové aktivity, ale rozkládá tvorbu komplexů mezi HDAC 1 a 2 a mezi HDAC1 a mSin3A/YY1. Nižší než normální množství fosforylace (hypofosforylace) vede ke snížení množství deacetylázové aktivity, ale zvyšuje množství tvorby komplexů. Mutační studie zjistily, že k hlavní fosforylaci dochází na zbytcích Ser421 a Ser423. Při mutaci těchto zbytků bylo skutečně pozorováno drastické snížení množství deacetylační aktivity. Tento rozdíl ve stavu fosforylace je způsobem, jak udržet optimální úroveň fosforylace, aby nedocházelo k nadměrné nebo nedostatečné expresi deacetylace. HDAC 1 a 2 byly nalezeny výhradně v jádře. U myší s knockoutem HDAC1 (KO) bylo zjištěno, že myši umírají během embryogeneze a vykazují drastické snížení produkce, ale zvýšenou expresi inhibitorů cyklin-dependentních kináz (CDKI) p21 a p27. Ani zvýšení regulace ostatních HDAC třídy I nedokázalo kompenzovat ztrátu HDAC1. Tato neschopnost zotavit se z KO HDAC1 vede vědce k domněnce, že existují jak funkční jedinečnosti jednotlivých HDAC, tak i regulační vzájemné vazby mezi faktory.
HDAC3Edit
Bylo zjištěno, že HDAC3 je nejblíže příbuzný HDAC8. HDAC3 obsahuje nekonzervovanou oblast v C-koncové oblasti, o níž bylo zjištěno, že je nutná pro transkripční represi i jeho deacetylázovou aktivitu. Obsahuje také dvě oblasti, z nichž jedna se nazývá jaderný lokalizační signál (NLS) a také jaderný exportní signál (NES). NLS funguje jako signál pro jaderné působení, zatímco NES funguje u HDAC, které vykonávají činnost mimo jádro. Přítomnost obou signálů u HDAC3 naznačuje, že se pohybuje mezi jádrem a cytoplazmou. Bylo dokonce zjištěno, že HDAC3 interaguje s plazmatickou membránou. K aktivaci HDAC3 musí být využity faktory Silencing Mediator for Retinoic Acid and Thyroid Hormone (SMRT) a Nuclear Receptor Co-Repressor (N-CoR). Při tom získá schopnost ko-precipitace s HDAC 4, 5 a 7. HDAC3 lze také nalézt v komplexu s proteinem souvisejícím s HDAC (HDRP). Bylo zjištěno, že HDAC 1 a 3 zprostředkovávají interakce Rb-RbAp48, což naznačuje, že fungují při progresi buněčného cyklu. HDAC3 také vykazuje zapojení do sebeobnovy kmenových buněk a roli nezávislou na transkripci v mitóze.
HDAC8Edit
Bylo zjištěno, že HDAC8 je nejvíce podobný HDAC3. Jeho hlavním rysem je katalytická doména, která obsahuje NLS oblast ve středu. Byly nalezeny dva transkripty tohoto HDAC, které zahrnují 2,0kb transkript a 2,4kb transkript. Na rozdíl od ostatních molekul HDAC se tento HDAC při purifikaci ukázal jako enzymaticky aktivní. V tuto chvíli není vzhledem k jeho nedávnému objevu ještě známo, zda je regulován ko-represorovými proteinovými komplexy. Northern bloty odhalily, že různé typy tkání vykazují různý stupeň exprese HDAC8, ale byl pozorován v hladkých svalech a předpokládá se, že přispívá ke kontraktilitě.
HDAC třídy IIEdit
HDAC třídy IIAEdit
Do HDAC třídy IIA patří HDAC4, HDAC5, HDAC7 a HDAC9. Bylo zjištěno, že HDAC 4 a 5 se navzájem nejvíce podobají, zatímco HDAC7 si zachovává podobnost s oběma. Byly objeveny tři varianty HDAC9 včetně HDAC9a, HDAC9b a HDAC9c/HDRP, přičemž existuje podezření na další. Bylo zjištěno, že varianty HDAC9 mají podobnost s ostatními HDAC třídy IIA. V případě HDAC9 lze varianty sestřihu považovat za způsob vytvoření „jemně vyladěného mechanismu“ pro diferenciaci úrovně exprese v buňce. Různé typy buněk mohou využívat a využívat různé izoformy enzymu HDAC9, což umožňuje různé formy regulace. HDAC 4, 5 a 7 mají své katalytické domény umístěné na C-konci spolu s oblastí NLS, zatímco HDAC9 má svou katalytickou doménu umístěnou na N-konci. Varianta HDAC9 HDAC9c/HDRP však katalytickou doménu postrádá, ale má 50% podobnost s N-koncem HDAC 4 a 5.
U HDAC 4, 5 a 7 byly objeveny konzervované vazebné domény, které se vážou na C-koncový vazebný protein (CtBP), myocytární enhancerový faktor 2 (MEF2) a 14-3-3. V případě HDAC9 se jedná o domény, které se vážou na C-koncový vazebný protein (CtBP). Všechny tři HDAC působí na potlačení myogenního transkripčního faktoru MEF2, který má zásadní roli při diferenciaci svalů jako transkripční faktor vázající DNA. Vazba HDAC na MEF2 inhibuje svalovou diferenciaci, což lze zvrátit působením Ca2+/kalmodulin-dependentní kinázy (CaMK), která působí disociaci komplexu HDAC/MEF2 fosforylací části HDAC. Bylo zjištěno, že se podílejí na buněčné hypertrofii při řízení diferenciace svalů, jakož i na buněčné hypertrofii ve svalových a chrupavčitých tkáních. Bylo prokázáno, že HDAC 5 a 7 pracují v opozici vůči HDAC4 během regulace svalové diferenciace, aby udržely správnou úroveň exprese. Bylo prokázáno, že tyto HDAC také interagují s HDAC3 jako ko-rekreační faktor s faktory SMRT/N-CoR v jádře. Ukázalo se, že nepřítomnost enzymu HDAC3 vede k nečinnosti, což vědce vede k domněnce, že HDAC 4, 5 a 7 napomáhají začlenění DNA-vazebných recruiterů pro komplexy HDAC obsahující HDAC3 umístěné v jádře. Když je myším vyřazen HDAC4, trpí výraznou hypertrofií chondrocytů a umírají v důsledku extrémní osifikace. Bylo prokázáno, že HDAC7 potlačuje apoptózu závislou na Nur77. Tato interakce vede k roli v klonální expanzi T buněk. Ukázalo se, že myši HDAC9 KO trpí hypertrofií srdce, která se zhoršuje u myší, které jsou dvojitě KO pro HDAC 9 a 5.
Třída IIBEdit
Třída IIB HDAC zahrnuje HDAC6 a HDAC10. Tyto dva HDAC jsou si celkovou sekvencí nejblíže příbuzné. Katalytická doména HDAC6 je však nejvíce podobná HDAC9. Jedinečným rysem HDAC6 je, že obsahuje dvě katalytické domény umístěné tandemově vedle sebe. Dalším jedinečným rysem HDAC6 je doména s motivem zinkového prstu (HUB) související s HDAC6, SP3 a Brap2 na C-konci, která vykazuje některé funkce související s ubikvitinací, což znamená, že tento HDAC je náchylný k degradaci. HDAC10 má také dvě katalytické domény. Jedna aktivní doména se nachází na N-konci a předpokládaná katalytická doména se nachází na C-konci spolu s doménou NES. U HDAC10 byly nalezeny také dvě domnělé domény vázající Rb, což ukazuje, že může hrát roli v regulaci buněčného cyklu. Byly nalezeny dvě varianty HDAC10, přičemž obě se mírně liší v délce. HDAC6 je jediný HDAC, u něhož bylo prokázáno, že působí na tubulin a funguje jako tubulinová deacetyláza, která pomáhá při regulaci buněčné motility závislé na mikrotubulech. Většinou se nachází v cytoplazmě, ale je známo, že se vyskytuje i v jádře, a to v komplexu s HDAC11. Bylo zjištěno, že HDAC10 působí na HDAC 1, 2, 3 (nebo SMRT), 4, 5 a 7. Bylo prokázáno, že může mít i malé interakce s HDAC6. To vede vědce k domněnce, že HDAC10 může fungovat spíše jako náborář než jako faktor deacetylace. Nicméně experimenty provedené s HDAC10 skutečně prokázaly deacetylační aktivitu.
HDAC třídy IVEdit
HDAC11Edit
HDAC11 je prokazatelně příbuzný s HDAC 3 a 8, ale jeho celková sekvence se od ostatních HDAC značně liší, což ho vede k zařazení do vlastní kategorie. HDAC11 má katalytickou doménu umístěnou na svém N-konci. Nebyl nalezen začleněn do žádného komplexu HDAC, jako je Nurd nebo SMRT, což znamená, že může mít zvláštní funkci, která je mu vlastní. Bylo zjištěno, že HDAC11 zůstává hlavně v jádře
.