Histonacetyltransferase (HAT’er)Edit
Histonacetyltransferaser, også kendt som HAT’er, er en familie af enzymer, der acetylerer histonhalerne på nukleosomet. Denne, og andre modifikationer, udtrykkes på baggrund af de varierende tilstande i det cellulære miljø. Der er dokumenteret mange proteiner med acetylerende evner, og efter en tid blev de kategoriseret på grundlag af sekvensligheder mellem dem. Disse ligheder er store blandt medlemmer af en familie, men medlemmer fra forskellige familier viser meget lidt lighed. Nogle af de store familier, der hidtil er identificeret, er følgende:
GNAT-familieRediger
General Control Non-Derepressible 5 (Gcn5) -relaterede N-Acetyltransferaser (GNAT’er) er en af de mange undersøgte familier med acetyleringsevner. Denne superfamilie omfatter faktorerne Gcn5, som indgår i SAGA-, SLIK-, STAGA-, ADA- og A2-komplekserne, Gcn5L, p300/CREB-bindende proteinassocieret faktor (PCAF), Elp3, HPA2 og HAT1. De vigtigste træk ved GNAT-familien omfatter HAT-domæner med en længde på ca. 160 rester og et bevaret bromodomæne, som har vist sig at være et acetyl-lysin-målmotiv. Gcn5 har vist sig at acetylerer substrater, når den er en del af et kompleks. Rekombinant Gcn5 har vist sig at være involveret i acetylering af H3-histonerne i nucleosomet. I mindre grad har det vist sig, at det også acetylerer H2B- og H4-histoner, når det er involveret i andre komplekser. PCAF har evnen til at fungere som et HAT-protein og acetylerer histoner, det kan acetylerer ikke-histonproteiner, der er relateret til transkription, samt fungere som en coaktivator i mange processer, herunder myogenese, nuklear-receptor-medieret aktivering og vækstfaktor-signal-aktivering. Elp3 har evnen til at acetyle alle histonunderenheder og viser også involvering i RNA-polymerase II-holoenzymet.
MYST-familieRediger
MOZ (Monocytic Leukemia Zinc Finger Protein), Ybf2/Sas3, Sas2 og Tip60 (Tat Interacting Protein) udgør alle MYST, en anden velkendt familie, som udviser acetylerende evner. Denne familie omfatter Sas3, essentiel SAS-relateret acetyltransferase (Esa1), Sas2, Tip60, MOF, MOZ, MORF og HBO1. Medlemmerne af denne familie har mange forskellige funktioner, ikke kun med aktivering og silencing af gener, men påvirker også udviklingen og har betydning for sygdomme hos mennesker. Sas2 og Sas3 er involveret i transkriptionssilensering, MOZ og TIF2 er involveret i dannelsen af leukæmiske translokationsprodukter, mens MOF er involveret i dosiskompensation i Drosophila. MOF påvirker også spermatogenese hos mus, da det er involveret i udvidelsen af H2AX-fosforylering under leptotene til pachytene stadier af meiosen. HAT-domæner for denne familie er ca. 250 rester, som omfatter cysteinrige, zinkbindende domæner samt N-terminale kromodomæner. MYST-proteinerne Esa1, Sas2 og Sas3 findes i gær, MOF findes i Drosophila og mus, mens Tip60, MOZ, MORF og HBO1 findes i mennesker. Tip60 spiller en rolle i reguleringen af gentranskription, HBO har vist sig at påvirke DNA-replikationsprocessen, MORF er i stand til at acetyle frie histoner (især H3 og H4) såvel som nukleosomale histoner.
p300/CBP-familieRediger
Adenoviral E1A-associeret protein af 300kDa (p300) og det CREB-bindende protein (CBP) udgør den næste familie af HAT’er. Denne familie af HAT’er indeholder HAT-domæner, der er ca. 500 rester lange og indeholder bromodomæner samt tre cystein-histidinrige domæner, der hjælper med proteininteraktioner. Disse HAT’er er kendt for at acetyle alle histonunderenhederne i nucleosomet. De har også evnen til at acetyle og formidle ikke-histonproteiner, der er involveret i transkription, og de er også involveret i cellecyklus, differentiering og apoptose.
Andre HATsRediger
Der er andre proteiner, der har acetylerende evner, men som adskiller sig i struktur fra de tidligere nævnte familier. En HAT kaldes steroidreceptor coactivator 1 (SRC1), som har et HAT-domæne placeret i den C-terminale ende af proteinet sammen med en basisk helix-loop-helix og PAS A- og PAS B-domæner med et LXXLL-receptor-interagerende motiv i midten. En anden er ATF-2, som indeholder et transkriptionelt aktiveringsdomæne (ACT) og et grundlæggende lynlås-DNA-bindingsdomæne (bZip) med et HAT-domæne imellem. Den sidste er TAFII250, som har et kinase-domæne i N-terminus-regionen, to bromodomainer placeret i C-terminus-regionen og et HAT-domæne placeret imellem.
Histon deacetylase (HDACs)Rediger
Der er i alt fire klasser, der kategoriserer Histone Deacetylaser (HDACs). Klasse I omfatter HDAC’er 1, 2, 3 og 8. Klasse II er opdelt i to undergrupper, klasse IIA og klasse IIB. Klasse IIA omfatter HDAC’erne 4, 5, 7 og 9, mens klasse IIB omfatter HDAC’erne 6 og 10. Klasse III indeholder Sirtuinerne, og klasse IV indeholder kun HDAC11. Klasserne af HDAC-proteiner er opdelt og grupperet på grundlag af sammenligningen med sekvenshomologierne Rpd3, Hos1 og Hos2 for HDAC’er i klasse I, HDA1 og Hos3 for HDAC’er i klasse II og sirtuinerne for HDAC’er i klasse III.
Klasse I HDACsRediger
HDAC1 & HDAC2Rediger
HDAC1 & HDAC2 er i den første klasse af HDACs er mest nært beslægtet med hinanden. Ved at analysere de samlede sekvenser af begge HDAC’er blev deres lighed fundet til at være ca. 82 % homologe. Disse enzymer har vist sig at være inaktive, når de er isoleret, hvilket førte til den konklusion, at de skal inkorporeres med cofaktorer for at kunne aktivere deres deacetylaseevner. Der er tre hovedproteinkomplekser, som HDAC 1 & 2 kan inkorporere sig selv i. Disse komplekser omfatter Sin3 (opkaldt efter dets karakteristiske protein mSin3A), Nucleosome Remodelling and Deacetylating complex (NuRD) og Co-REST. Sin3-komplekset og NuRD-komplekset indeholder begge HDAC’er 1 og 2, det Rb-associerede protein 48 (RbAp48) og RbAp46, som udgør kernen i hvert kompleks. Der kan dog være behov for andre komplekser for at igangsætte den størst mulige mængde af tilgængelig aktivitet. HDAC’er 1 og 2 kan også binde direkte til DNA-bindingsproteiner såsom Yin og Yang 1 (YY1), Rb-bindingsprotein 1 og Sp1. HDAC’er 1 og 2 har vist sig at udtrykke regulerende roller i centrale cellecyklusgener, herunder p21.
Disse HDAC’ers aktivitet kan påvirkes af fosforylering. En øget mængde fosforylering (hyperfosforylering) fører til øget deacetylaseaktivitet, men nedbryder kompleksdannelsen mellem HDAC’er 1 og 2 og mellem HDAC1 og mSin3A/YYY1. En lavere end normal mængde fosforylering (hypofosforylering) fører til et fald i mængden af deacetylaseaktivitet, men øger mængden af kompleksdannelse. Mutationsundersøgelser viste, at den vigtigste fosforylering sker ved resterne Ser421 og Ser423. Når disse rester blev muteret, blev der faktisk set en drastisk reduktion i mængden af deacetyleringsaktivitet. Denne forskel i fosforyleringstilstanden er en måde at holde et optimalt fosforyleringsniveau på for at sikre, at der ikke sker en over- eller underekspression af deacetylering. HDAC’er 1 og 2 er kun fundet udelukkende i kernen. I HDAC1 knockout (KO)-mus blev det konstateret, at musene døde under embryogenese og viste en drastisk reduktion i produktionen, men en øget ekspression af Cyclin-Dependent Kinase Inhibitors (CDKI’er) p21 og p27. Ikke engang opregulering af de andre klasse I HDAC’er kunne kompensere for tabet af HDAC1. Denne manglende evne til at komme sig efter HDAC1 KO får forskerne til at tro, at der både er funktionel entydighed for hver HDAC og regulatorisk cross-talk mellem faktorerne.
HDAC3Edit
HDAC3 har vist sig at være nærmest beslægtet med HDAC8. HDAC3 indeholder en ikke-konserveret region i den C-terminale region, som viste sig at være nødvendig for transkriptionel repression samt dens deacetylaseaktivitet. Den indeholder også to regioner, en såkaldt Nuclear Localization Signal (NLS) samt et Nuclear Export Signal (NES). NLS fungerer som et signal for nuklear virkning, mens et NES fungerer med HDAC’er, der udfører arbejde uden for kernen. En tilstedeværelse af begge signaler for HDAC3 tyder på, at den bevæger sig mellem kernen og cytoplasmaet. Man har endda fundet, at HDAC3 interagerer med plasmamembranen. Silencing Mediator for Retinoic Acid and Thyroid Hormone (SMRT)-receptorer og Nuclear Receptor Co-Repressor (N-CoR)-faktorer skal udnyttes af HDAC3 for at kunne aktivere den. Ved at gøre dette får den evnen til at co-udfælde med HDAC’erne 4, 5 og 7. HDAC3 kan også findes komplekseret sammen med HDAC-relateret protein (HDRP). HDAC 1 og 3 har vist sig at formidle Rb-RbAp48-interaktioner, hvilket tyder på, at den fungerer i cellecyklusprogressionen. HDAC3 viser også involvering i stamcellers selvfornyelse og en transkriptionsuafhængig rolle i mitose.
HDAC8Edit
HDAC8 har vist sig at være mest lig HDAC3. Dens vigtigste kendetegn er dens katalytiske domæne, som indeholder en NLS-region i midten. Der er fundet to transkript af denne HDAC, som omfatter et 2,0kb-transkript og et 2,4kb-transkript. I modsætning til de andre HDAC-molekyler viste denne HDAC sig at være enzymatisk aktiv, når den blev oprenset. På nuværende tidspunkt ved man på grund af den nylige opdagelse endnu ikke, om den reguleres af co-repressorproteinkomplekser. Northern blots har vist, at forskellige vævstyper viser forskellige grader af HDAC8-ekspression, men er blevet observeret i glatte muskler og menes at bidrage til kontraktilitet.
Klasse II HDAC’erRediger
Klasse IIARediger
Klasse IIA HDAC’er omfatter HDAC4, HDAC5, HDAC7 og HDAC9. HDAC 4 og 5 har vist sig at ligne hinanden mest, mens HDAC7 opretholder en lighed med begge HDAC’er. Der er fundet tre varianter af HDAC9, herunder HDAC9a, HDAC9b og HDAC9c/HDRP, mens der har været mistanke om flere. Det er blevet konstateret, at varianterne af HDAC9 har ligheder med resten af HDAC’erne i klasse IIA. For HDAC9 kan splejningsvarianterne ses som en måde at skabe en “finjusteret mekanisme” til differentiering af ekspressionsniveauet i cellen. Forskellige celletyper kan drage fordel af og anvende forskellige isoformer af HDAC9-enzymet, hvilket giver mulighed for forskellige former for regulering. HDAC 4, 5 og 7 har deres katalytiske domæner placeret i C-terminus sammen med en NLS-region, mens HDAC9 har sit katalytiske domæne placeret i N-terminus. HDAC9-varianten HDAC9c/HDRP mangler imidlertid et katalytisk domæne, men har 50 % lighed med N-terminus af HDAC 4 og 5.
For HDAC 4, 5 og 7 er der blevet opdaget bevarede bindingsdomæner, der binder til C-terminal binding protein (CtBP), myocyte enhancer factor 2 (MEF2) og 14-3-3-3. Alle tre HDAC’er arbejder for at undertrykke den myogene transkriptionsfaktor MEF2, som spiller en væsentlig rolle i muskeldifferentiering som en DNA-bindende transkriptionsfaktor. HDAC’ernes binding til MEF2 hæmmer muskeldifferentieringen, hvilket kan vendes ved hjælp af Ca2+/calmodulin-afhængig kinase (CaMK), som arbejder på at adskille HDAC/MEF2-komplekset ved at fosforylering af HDAC-delen. De har vist sig at være involveret i cellulær hypertrofi i muskelkontroldifferentiering samt cellulær hypertrofi i muskel- og bruskvæv. HDAC 5 og 7 er blevet vist at arbejde i opposition til HDAC4 under regulering af muskeldifferentiering for at holde et korrekt ekspressionsniveau. Der er beviser for, at disse HDAC’er også interagerer med HDAC3 som en co-rekrutteringsfaktor til SMRT/N-CoR-faktorerne i kernen. Fravær af HDAC3-enzymet har vist sig at føre til inaktivitet, hvilket får forskerne til at tro, at HDAC 4, 5 og 7 hjælper med at inkorporere DNA-bindende rekrutteringsfaktorer til de HDAC3-holdige HDAC-komplekser, der befinder sig i kernen. Når HDAC4 slås ud hos mus, lider de af en udtalt chondrocythypertrofi og dør på grund af ekstrem forbening. HDAC7 har vist sig at undertrykke Nur77-afhængig apoptose. Denne interaktion fører til en rolle i klonale ekspansion af T-celler. Det er påvist, at HDAC9 KO-mus lider af hjertehypertrofi, som er forværret hos mus, der er dobbelt KO for HDAC 9 og 5.
Klasse IIBEdit
Den klasse IIB HDAC’er omfatter HDAC6 og HDAC10. Disse to HDAC’er er mest nært beslægtede med hinanden i den overordnede sekvens. HDAC6’s katalytiske domæne er dog mest lig HDAC9. Et unikt træk ved HDAC6 er, at den indeholder to katalytiske domæner i tandem i forhold til hinanden. Et andet unikt træk ved HDAC6 er det HDAC6-, SP3- og Brap2-relaterede zinkfingermotiv-domæne (HUB) i C-terminus, som viser nogle funktioner relateret til ubiquitination, hvilket betyder, at denne HDAC er tilbøjelig til at blive nedbrudt. HDAC10 har også to katalytiske domæner. Et aktivt domæne er placeret i N-terminus og et putativt katalytisk domæne er placeret i C-terminus sammen med et NES-domæne. Der er også fundet to formodede Rb-bindende domæner på HDAC10, hvilket viser, at den kan have roller i reguleringen af cellecyklusen. Der er fundet to varianter af HDAC10, som begge har små forskelle i længden. HDAC6 er den eneste HDAC, der har vist sig at virke på tubulin og fungerer som tubulindeacetylase, hvilket bidrager til reguleringen af mikrotubulusafhængig cellemotilitet. Det findes for det meste i cytoplasmaet, men har været kendt for at findes i kernen, komplekseret sammen med HDAC11. HDAC10 har vist sig at virke på HDAC’erne 1, 2, 3 (eller SMRT), 4, 5 og 7. Der er vist visse tegn på, at den også kan have små interaktioner med HDAC6. Dette får forskerne til at tro, at HDAC10 måske snarere fungerer som en rekrutteringsfaktor end som en faktor for deacetylering. Eksperimenter udført med HDAC10 viste dog faktisk deacetyleringsaktivitet.
Klasse IV HDACsRediger
HDAC11Rediger
HDAC11 har vist sig at være beslægtet med HDACs 3 og 8, men dens overordnede sekvens er ganske forskellig fra de andre HDACs, hvilket fører til, at den er i sin egen kategori. HDAC11 har et katalytisk domæne placeret i sin N-terminus. Den er ikke fundet inkorporeret i nogen HDAC-komplekser som Nurd eller SMRT, hvilket betyder, at den kan have en særlig funktion, der er unik for den selv. Det er blevet konstateret, at HDAC11 hovedsageligt forbliver i kernen.