Histona acetiltransferasa (HATs)Edit
Las acetiltransferasas de histonas, también conocidas como HATs, son una familia de enzimas que acetilan las colas de las histonas del nucleosoma. Esta, y otras modificaciones, se expresan en función de los diferentes estados del entorno celular. Se han documentado muchas proteínas con capacidad de acetilación y, al cabo de un tiempo, se clasificaron en función de las similitudes de secuencia entre ellas. Estas similitudes son elevadas entre los miembros de una familia, pero los miembros de diferentes familias muestran muy poco parecido. Algunas de las principales familias identificadas hasta ahora son las siguientes.
Familia GNATEditar
Las N-acetiltransferasas relacionadas con el control general 5 (Gcn5) (GNATs) es una de las muchas familias estudiadas con capacidades de acetilación. Esta superfamilia incluye los factores Gcn5, que está incluido en los complejos SAGA, SLIK, STAGA, ADA y A2, Gcn5L, el factor asociado a la proteína de unión p300/CREB (PCAF), Elp3, HPA2 y HAT1. Las principales características de la familia GNAT incluyen dominios HAT de aproximadamente 160 residuos de longitud y un bromodominio conservado que se ha encontrado como motivo de orientación de acetil-lisina. Se ha demostrado que Gcn5 acetila sustratos cuando forma parte de un complejo. Se ha descubierto que la Gcn5 recombinante participa en la acetilación de las histonas H3 del nucleosoma. En menor medida, se ha descubierto que también acetila las histonas H2B y H4 cuando participa en otros complejos. PCAF tiene la capacidad de actuar como proteína HAT y acetilar histonas, puede acetilar proteínas no histónicas relacionadas con la transcripción, así como actuar como coactivador en muchos procesos, incluyendo la miogénesis, la activación mediada por receptores nucleares y la activación por señales de factores de crecimiento. Elp3 tiene la capacidad de acetilar todas las subunidades de histonas y también muestra participación en la holoenzima de la ARN polimerasa II.
Familia MYSTEditar
MOZ (Monocytic Leukemia Zinc Finger Protein), Ybf2/Sas3, Sas2 y Tip60 (Tat Interacting Protein) conforman MYST, otra familia bien conocida que exhibe capacidades acetilantes. Esta familia incluye a Sas3, la acetiltransferasa esencial relacionada con SAS (Esa1), Sas2, Tip60, MOF, MOZ, MORF y HBO1. Los miembros de esta familia tienen múltiples funciones, no sólo de activación y silenciamiento de genes, sino que también afectan al desarrollo y tienen implicaciones en las enfermedades humanas. Sas2 y Sas3 participan en el silenciamiento de la transcripción, MOZ y TIF2 están implicados en la formación de productos de translocación leucémica, mientras que MOF participa en la compensación de dosis en Drosophila. MOF también influye en la espermatogénesis en ratones, ya que participa en la expansión de la fosforilación de H2AX durante las etapas de leptoteno a paquiteno de la meiosis. Los dominios HAT de esta familia tienen aproximadamente 250 residuos que incluyen dominios ricos en cisteína y de unión a zinc, así como cromodominios N-terminales. Las proteínas MYST Esa1, Sas2 y Sas3 se encuentran en la levadura, MOF se encuentra en Drosophila y en ratones, mientras que Tip60, MOZ, MORF y HBO1 se encuentran en humanos. Tip60 tiene funciones en la regulación de la transcripción de genes, se ha descubierto que HBO influye en el proceso de replicación del ADN, MORF es capaz de acetilar las histonas libres (especialmente H3 y H4), así como las histonas nucleosómicas.
Familia p300/CBPEditar
La proteína asociada a E1A de 300kDa (p300) y la proteína de unión a CREB (CBP) conforman la siguiente familia de HATs. Esta familia de HATs contiene dominios HAT de aproximadamente 500 residuos y contiene bromodominios así como tres dominios ricos en cisteína-histidina que ayudan a las interacciones proteicas. Se sabe que estas HATs acetilan todas las subunidades de histonas en el nucleosoma. También tienen la capacidad de acetilar y mediar en las proteínas no histónicas implicadas en la transcripción y también están implicadas en el ciclo celular, la diferenciación y la apoptosis.
Otros HATsEditar
Hay otras proteínas que tienen capacidad de acetilación pero que difieren en su estructura de las familias anteriormente mencionadas. Una HAT se llama coactivador de receptores de esteroides 1 (SRC1), que tiene un dominio HAT situado en el extremo C-terminal de la proteína junto con una hélice-bucle-hélice básica y dominios PAS A y PAS B con un motivo de interacción con el receptor LXXLL en el centro. Otro es el ATF-2, que contiene un dominio de activación transcripcional (ACT) y un dominio de unión al ADN de cremallera básica (bZip) con un dominio HAT en medio. El último es TAFII250 que tiene un dominio de quinasa en la región N-terminal, dos bromodominios situados en la región C-terminal y un dominio HAT situado en medio.
Histona desacetilasa (HDACs)Edit
Hay un total de cuatro clases que categorizan las Histona Desacetilasas (HDACs). La clase I incluye las HDACs 1, 2, 3 y 8. La clase II se divide en dos subgrupos, la clase IIA y la clase IIB. La clase IIA incluye las HDACs 4, 5, 7 y 9, mientras que la clase IIB incluye las HDACs 6 y 10. La clase III contiene las sirtuinas y la clase IV sólo contiene la HDAC11. Las clases de proteínas HDAC se dividen y agrupan basándose en la comparación con las homologías de secuencia de Rpd3, Hos1 y Hos2 para las HDAC de clase I, HDA1 y Hos3 para las HDAC de clase II y las sirtuinas para las HDAC de clase III.
HDACs de clase IEditar
HDAC1 & HDAC2Editar
HDAC1 & HDAC2 están en la primera clase de HDACs están más estrechamente relacionados entre sí. Al analizar las secuencias globales de ambas HDACs, se encontró que su similitud es de aproximadamente un 82% de homología. Se ha comprobado que estas enzimas son inactivas cuando se aíslan, lo que llevó a la conclusión de que deben incorporarse con cofactores para activar sus capacidades de desacetilación. Hay tres complejos proteicos principales a los que pueden incorporarse las HDAC 1 & 2. Estos complejos son el Sin3 (llamado así por su proteína característica mSin3A), el complejo de remodelación y desacetilación de nucleosomas (NuRD) y el Co-REST. Tanto el complejo Sin3 como el NuRD contienen las HDACs 1 y 2, la proteína 48 asociada a Rb (RbAp48) y RbAp46, que constituyen el núcleo de cada complejo. Sin embargo, es posible que se necesiten otros complejos para iniciar la máxima actividad posible. Las HDACs 1 y 2 también pueden unirse directamente a proteínas de unión al ADN como Yin y Yang 1 (YY1), la proteína de unión a Rb 1 y Sp1. Se ha descubierto que las HDACs 1 y 2 desempeñan funciones reguladoras en genes clave del ciclo celular, como p21.
La actividad de estas HDACs puede verse afectada por la fosforilación. Una mayor cantidad de fosforilación (hiperfosforilación) conduce a un aumento de la actividad desacetilasa, pero degrada la formación de complejos entre las HDACs 1 y 2 y entre HDAC1 y mSin3A/YY1. Una cantidad de fosforilación inferior a la normal (hipofosforilación) conduce a una disminución de la cantidad de actividad desacetilasa, pero aumenta la cantidad de formación de complejos. Los estudios de mutación encontraron que la mayor fosforilación ocurre en los residuos Ser421 y Ser423. De hecho, cuando se mutaron estos residuos, se observó una drástica reducción de la cantidad de actividad de desacetilación. Esta diferencia en el estado de fosforilación es una forma de mantener un nivel óptimo de fosforilación para garantizar que no haya una expresión excesiva o insuficiente de la desacetilación. Las HDACs 1 y 2 se han encontrado exclusivamente en el núcleo. En los ratones knockout (KO) de HDAC1, se encontró que los ratones morían durante la embriogénesis y mostraban una drástica reducción en la producción pero una mayor expresión de los inhibidores de quinasa dependientes de ciclina (CDKIs) p21 y p27. Ni siquiera la regulación al alza de las otras HDAC de clase I pudo compensar la pérdida de HDAC1. Esta incapacidad para recuperarse de la KO de HDAC1 lleva a los investigadores a creer que hay tanto una singularidad funcional de cada HDAC como una interrelación reguladora entre los factores.
HDAC3Edit
Se ha descubierto que HDAC3 está más estrechamente relacionada con HDAC8. HDAC3 contiene una región no conservada en la región C-terminal que se encontró que se requiere para la represión transcripcional, así como su actividad desacetilasa. También contiene dos regiones, una llamada señal de localización nuclear (NLS) y otra señal de exportación nuclear (NES). La NLS funciona como señal para la acción nuclear, mientras que la NES funciona con las HDAC que realizan su trabajo fuera del núcleo. La presencia de ambas señales para la HDAC3 sugiere que viaja entre el núcleo y el citoplasma. Incluso se ha descubierto que la HDAC3 interactúa con la membrana plasmática. El mediador de silenciamiento para los receptores de ácido retinoico y hormona tiroidea (SMRT) y los factores co-represores del receptor nuclear (N-CoR) deben ser utilizados por HDAC3 para activarlo. Al hacerlo, adquiere la capacidad de coprecipitarse con las HDACs 4, 5 y 7. La HDAC3 también puede encontrarse en complejos con la proteína relacionada con la HDAC (HDRP). Se ha descubierto que las HDACs 1 y 3 median en las interacciones Rb-RbAp48, lo que sugiere que funciona en la progresión del ciclo celular. HDAC3 también muestra una implicación en la autorrenovación de las células madre y un papel independiente de la transcripción en la mitosis.
HDAC8Editar
HDAC8 se ha encontrado como más similar a HDAC3. Su principal característica es su dominio catalítico que contiene una región NLS en el centro. Se han encontrado dos transcripciones de esta HDAC que incluyen una transcripción de 2,0kb y otra de 2,4kb. A diferencia de las otras moléculas HDAC, cuando se purificó, esta HDAC demostró ser enzimáticamente activa. En este momento, debido a su reciente descubrimiento, aún no se sabe si está regulada por complejos de proteínas correpresoras. Los Northern blots han revelado que diferentes tipos de tejidos muestran grados variables de expresión de HDAC8, pero se ha observado en los músculos lisos y se cree que contribuye a la contractilidad.
HDACs de clase IIEditar
Clase IIAEditar
Las HDACs de clase IIA incluyen HDAC4, HDAC5, HDAC7 y HDAC9. Se ha descubierto que las HDACs 4 y 5 son las que más se parecen entre sí, mientras que la HDAC7 mantiene un parecido con ambas. Se han descubierto tres variantes de la HDAC9, incluyendo la HDAC9a, la HDAC9b y la HDAC9c/HDRP, aunque se sospecha que hay más. Se ha descubierto que las variantes de HDAC9 tienen similitudes con el resto de las HDAC de clase IIA. En el caso de la HDAC9, las variantes de empalme pueden verse como una forma de crear un «mecanismo de ajuste» para los niveles de expresión de la diferenciación en la célula. Diferentes tipos de células pueden aprovechar y utilizar diferentes isoformas de la enzima HDAC9 permitiendo diferentes formas de regulación. Las HDACs 4, 5 y 7 tienen sus dominios catalíticos situados en el C-terminal junto con una región NLS mientras que la HDAC9 tiene su dominio catalítico situado en el N-terminal. Sin embargo, la variante de HDAC9, HDAC9c/HDRP, carece de dominio catalítico pero tiene una similitud del 50% con el N-terminal de las HDACs 4 y 5.
Para las HDACs 4, 5 y 7 se han descubierto dominios de unión conservados que se unen a la proteína de unión C-terminal (CtBP), al factor potenciador de miocitos 2 (MEF2) y a 14-3-3. Las tres HDACs trabajan para reprimir el factor de transcripción miogénico MEF2 que tiene un papel esencial en la diferenciación muscular como factor de transcripción de unión al ADN. La unión de las HDACs a MEF2 inhibe la diferenciación muscular, lo que puede ser revertido por la acción de la quinasa dependiente de Ca2+/calmodulina (CaMK) que trabaja para disociar el complejo HDAC/MEF2 fosforilando la porción de la HDAC. Se ha visto que participan en la hipertrofia celular en la diferenciación del control muscular, así como en la hipertrofia celular en los tejidos musculares y cartilaginosos. Se ha demostrado que las HDACs 5 y 7 trabajan en oposición a la HDAC4 durante la regulación de la diferenciación muscular para mantener un nivel de expresión adecuado. Se ha demostrado que estas HDACs también interactúan con HDAC3 como factor de co-reclutamiento a los factores SMRT/N-CoR en el núcleo. Se ha demostrado que la ausencia de la enzima HDAC3 conduce a la inactividad, lo que hace creer a los investigadores que las HDACs 4, 5 y 7 ayudan a la incorporación de reclutadores de unión al ADN para los complejos HDAC que contienen HDAC3 localizados en el núcleo. Cuando se elimina la HDAC4 en ratones, éstos sufren una pronunciada hipertrofia de condrocitos y mueren debido a una osificación extrema. Se ha demostrado que HDAC7 suprime la apoptosis dependiente de Nur77. Esta interacción conduce a un papel en la expansión clonal de las células T. Se ha demostrado que los ratones KO para HDAC9 sufren hipertrofia cardíaca, que se agrava en los ratones doblemente KO para HDACs 9 y 5.
Clase IIBEditar
Las HDACs de clase IIB incluyen HDAC6 y HDAC10. Estas dos HDACs están más estrechamente relacionadas entre sí en la secuencia general. Sin embargo, el dominio catalítico de la HDAC6 es más similar al de la HDAC9. Una característica única de la HDAC6 es que contiene dos dominios catalíticos en tándem. Otra característica única de la HDAC6 es el dominio de dedo de zinc relacionado con HDAC6, SP3 y Brap2 (HUB) en el C-terminal que muestra algunas funciones relacionadas con la ubiquitinación, lo que significa que esta HDAC es propensa a la degradación. La HDAC10 también tiene dos dominios catalíticos. Un dominio activo se encuentra en el N-terminal y un dominio catalítico putativo se encuentra en el C-terminal junto con un dominio NES. También se han encontrado dos dominios putativos de unión a Rb en la HDAC10, lo que demuestra que puede tener funciones en la regulación del ciclo celular. Se han encontrado dos variantes de HDAC10, ambas con ligeras diferencias de longitud. La HDAC6 es la única HDAC que ha demostrado actuar sobre la tubulina, actuando como una desacetilasa de tubulina que contribuye a la regulación de la motilidad celular dependiente de los microtúbulos. Se encuentra principalmente en el citoplasma, pero se sabe que se encuentra en el núcleo, en complejo con la HDAC11. Se ha visto que la HDAC10 actúa sobre las HDACs 1, 2, 3 (o SMRT), 4, 5 y 7. Se ha demostrado que también puede tener pequeñas interacciones con la HDAC6. Esto lleva a los investigadores a creer que la HDAC10 puede funcionar más como un reclutador que como un factor de desacetilación. Sin embargo, los experimentos realizados con la HDAC10 sí mostraron actividad de desacetilación.
HDACs de clase IVEditar
HDAC11Editar
La HDAC11 ha demostrado estar relacionada con las HDACs 3 y 8, pero su secuencia general es bastante diferente de las otras HDACs, lo que la lleva a estar en su propia categoría. La HDAC11 tiene un dominio catalítico situado en su N-terminal. No se ha encontrado incorporada en ningún complejo de HDACs como Nurd o SMRT, lo que significa que puede tener una función especial única para sí misma. Se ha descubierto que la HDAC11 permanece principalmente en el núcleo.