Histoniasetyylitransferaasit (HAT:t)Edit
Histoniasetyylitransferaasit, jotka tunnetaan myös nimellä HAT:t, ovat entsyymiperhe, joka asetyloi nukleosomin histonien hännät. Tämä ja muut modifikaatiot ilmentyvät soluympäristön vaihtelevien tilojen perusteella. Monia proteiineja, joilla on asetylointikyky, on dokumentoitu, ja jonkin ajan kuluttua ne luokiteltiin niiden keskinäisten sekvenssiyhtäläisyyksien perusteella. Nämä samankaltaisuudet ovat suuria saman perheen jäsenten välillä, mutta eri perheiden jäsenet muistuttavat toisiaan hyvin vähän. Joitakin tärkeimpiä tähän mennessä tunnistettuja perheitä ovat seuraavat.
GNAT-perheEdit
General Control Non-Derepressible 5 (Gcn5) -related N-Acetyltransferases (GNATs) on yksi monista tutkituista perheistä, joilla on asetylointikyky. Tähän superperheeseen kuuluvat tekijät Gcn5, joka sisältyy SAGA-, SLIK-, STAGA-, ADA- ja A2-komplekseihin, Gcn5L, p300/CREB-sitovan proteiiniin liittyvä tekijä (PCAF), Elp3, HPA2 ja HAT1. GNAT-perheen tärkeimpiin piirteisiin kuuluvat HAT-domeenit, joiden pituus on noin 160 jäännöstä, ja konservoitunut bromodomeeni, jonka on todettu olevan asetyylilysiinin kohdistusmotiivi. Gcn5:n on osoitettu asetyloivan substraatteja, kun se on osa kompleksia. Rekombinantti Gcn5:n on todettu osallistuvan nukleosomin H3-histoonien asetylaatioon. Vähäisemmässä määrin sen on havaittu myös asetyloivan H2B- ja H4-histoneja, kun se on mukana muissa komplekseissa. PCAF:llä on kyky toimia HAT-proteiinina ja asetyloida histoneja, se voi asetyloida muita kuin histoniproteiineja, jotka liittyvät transkriptioon, sekä toimia koaktivaattorina monissa prosesseissa, kuten myogeneesissä, ydinreseptorivälitteisessä aktivaatiossa ja kasvutekijäsignaalin aiheuttamassa aktivaatiossa. Elp3:lla on kyky asetyloida kaikkia histoni-alayksiköitä, ja se osoittaa myös osallistumista RNA-polymeraasi II:n holoentsyymiin.
MYST-perheMuutos
MOZ (monosyyttinen leukemian sinkkisormiproteiini), Ybf2/Sas3, Sas2 ja Tip60 (Tat-interaktiivinen proteiini) muodostavat MYST:n, joka on toinen tunnettu perhe, joka näyttää osoittavan asetylointikykyä. Tähän perheeseen kuuluvat Sas3, essentiaalinen SASiin liittyvä asetyylitransferaasi (Esa1), Sas2, Tip60, MOF, MOZ, MORF ja HBO1. Tämän perheen jäsenillä on useita toimintoja, ei ainoastaan geenien aktivoinnissa ja hiljentämisessä, vaan ne vaikuttavat myös kehitykseen ja niillä on merkitystä ihmisen sairauksissa. Sas2 ja Sas3 osallistuvat transkription vaimentamiseen, MOZ ja TIF2 osallistuvat leukemisten transklikaatiotuotteiden muodostamiseen, kun taas MOF osallistuu annoskompensaatioon Drosofiassa. MOF vaikuttaa myös hiirten spermatogeneesiin, sillä se osallistuu H2AX-fosforylaation laajenemiseen meioosin leptotene- ja pachytene-vaiheissa. Tämän perheen HAT-domeenit ovat noin 250 jäännöstä, joihin kuuluu kysteiinirikkaita, sinkkiä sitovia domeeneja sekä N-terminaalisia kromodomeeneja. MYST-proteiinit Esa1, Sas2 ja Sas3 esiintyvät hiivassa, MOF esiintyy Drosofiassa ja hiirissä, kun taas Tip60, MOZ, MORF ja HBO1 esiintyvät ihmisissä. Tip60:llä on tehtäviä geenien transkription säätelyssä, HBO:n on havaittu vaikuttavan DNA:n replikaatioprosessiin, MORF pystyy asetyloimaan vapaita histoneja (erityisesti H3 ja H4) sekä nukleosomaalisia histoneja.
p300/CBP-perheEdit
Adenoviruksen E1A-assosioitunut 300 kda:n proteiini (p300) ja CREB:hen sitoutuva proteiini (CBP) muodostavat seuraavan HAT-perheen. Tämä HAT-perhe sisältää HAT-domeeneja, jotka ovat noin 500 jäännöstä pitkiä ja sisältävät bromodomeeneja sekä kolme kysteiini-histidiinirikasta domeenia, jotka auttavat proteiinien vuorovaikutuksessa. Näiden HAT:ien tiedetään asetyloivan kaikki nukleosomissa olevat histoni-alayksiköt. Niillä on myös kyky asetyloida ja välittää muita kuin histoniproteiineja, jotka osallistuvat transkriptioon, ja ne osallistuvat myös solusykliin, erilaistumiseen ja apoptoosiin.
Muut HAT:tMuutos
On olemassa muitakin proteiineja, joilla on asetylointikykyjä, mutta jotka eroavat rakenteeltaan aiemmin mainituista perheistä. Yksi HAT on nimeltään steroidireseptorikoaktivaattori 1 (SRC1), jonka HAT-domeeni sijaitsee proteiinin C-terminaalipäässä yhdessä emäksisen helix-loop-helixin ja PAS A- ja PAS B-domeenien kanssa, joiden keskellä on LXXLL-reseptorin vuorovaikutusmotiivi. Toinen on ATF-2, joka sisältää transkription aktivointidomeenin (ACT-domeenin) ja DNA:ta sitovan perusvetoketju-domeenin (bZip-domeenin), joiden välissä on HAT-domeeni. Viimeinen on TAFII250, jolla on kinaasidomeeni N-terminaalialueella, kaksi C-terminaalialueella sijaitsevaa bromodomeenia ja niiden välissä sijaitseva HAT-domeeni.
Histonideasetylaasit (HDAC:t)Edit
Histonideasetylaaseja (HDAC:t)Edit
Histonideasetylaaseja (HDAC:t) luokitellaan yhteensä neljään luokkaan. Luokkaan I kuuluvat HDAC:t 1, 2, 3 ja 8. Luokka II jaetaan kahteen alaryhmään, luokkiin IIA ja IIB. Luokkaan IIA kuuluvat HDAC:t 4, 5, 7 ja 9 ja luokkaan IIB HDAC:t 6 ja 10. Luokka III sisältää sirtuiinit ja luokka IV sisältää vain HDAC11:n. HDAC-proteiinien luokat on jaettu ja ryhmitelty sen perusteella, että luokan I HDAC:ien osalta Rpd3:n, Hos1:n ja Hos2:n sekvenssihomologioita verrataan Rpd3:n, luokan II HDAC:ien osalta HDA1:n ja Hos3:n sekvenssihomologioihin ja luokan III HDAC:ien osalta sirtuiinien sekvenssihomologioihin.
Luokan I HDAC:tEdit
HDAC1 & HDAC2Edit
HDAC1 & HDAC2 kuuluvat ensimmäiseen luokkaan HDAC:t ovat läheisintä sukua keskenään. Analysoimalla molempien HDAC:ien kokonaissekvenssejä niiden samankaltaisuuden todettiin olevan noin 82 % homologinen. Näiden entsyymien on todettu olevan eristettyinä inaktiivisia, mikä johti siihen johtopäätökseen, että niihin on liitettävä kofaktoreita, jotta niiden deasetylaasikyky aktivoituisi. On olemassa kolme suurta proteiinikompleksia, joihin HDAC 1 & 2 voi liittyä. Näitä komplekseja ovat Sin3 (nimetty sille ominaisen proteiinin mSin3A mukaan), Nucleosome Remodelling and Deacetylating complex (NuRD) ja Co-REST. Sin3-kompleksi ja NuRD-kompleksi sisältävät molemmat HDAC:t 1 ja 2, Rb-assosioituneen proteiinin 48 (RbAp48) ja RbAp46:n, jotka muodostavat kummankin kompleksin ytimen. Muitakin komplekseja saatetaan kuitenkin tarvita, jotta mahdollisimman suuri osa käytettävissä olevasta aktiivisuudesta saataisiin käynnistettyä. HDAC:t 1 ja 2 voivat myös sitoutua suoraan DNA:ta sitoviin proteiineihin, kuten Yin ja Yang 1 (YY1), Rb:tä sitovaan proteiiniin 1 ja Sp1:een. HDAC:ien 1 ja 2 on todettu ilmentävän säätelyroolia keskeisissä solusyklin geeneissä, kuten p21:ssä.
Fosforylaatio voi vaikuttaa näiden HDAC:ien aktiivisuuteen. Lisääntynyt fosforylaation määrä (hyperfosforylaatio) johtaa lisääntyneeseen deasetylaasiaktiivisuuteen, mutta hajottaa kompleksinmuodostusta HDAC:ien 1 ja 2 välillä sekä HDAC1:n ja mSin3A/YY1:n välillä. Normaalia pienempi fosforylaation määrä (hypofosforylaatio) johtaa deasetylaasiaktiivisuuden vähenemiseen, mutta lisää kompleksinmuodostuksen määrää. Mutaatiotutkimuksissa havaittiin, että merkittävä fosforylaatio tapahtuu jäännöksissä Ser421 ja Ser423. Kun nämä jäännökset mutatoitiin, deasetylaatioaktiivisuuden määrä väheni jyrkästi. Tämä fosforylaatiotilan ero on keino pitää fosforylaation optimaalinen taso yllä, jotta voidaan varmistaa, ettei deasetylaatiota ilmene liikaa tai liian vähän. HDAC:t 1 ja 2 on löydetty ainoastaan ytimestä. HDAC1:n tyrmäyshiirillä (KO-hiirillä) havaittiin, että hiiret kuolivat alkionmuodostuksen aikana ja että sykliini-riippuvaisten kinaasi-inhibiittoreiden (CDKI:t) p21:n ja p27:n tuotanto väheni jyrkästi, mutta niiden ilmentyminen lisääntyi. Edes muiden luokan I HDAC:ien säätely ei pystynyt kompensoimaan HDAC1:n menetystä. Tämä kyvyttömyys toipua HDAC1:n KO:sta saa tutkijat uskomaan, että kullakin HDAC:lla on sekä toiminnallisia erityispiirteitä että tekijöiden välistä säätelyä.
HDAC3Edit
HDAC3:n on todettu olevan läheisimmin sukua HDAC8:lle. HDAC3:n C-terminaalialueella on ei-konservoitunut alue, jonka on todettu olevan välttämätön transkriptionaaliselle repressiolle sekä sen deasetylaasiaktiivisuudelle. Se sisältää myös kaksi aluetta, joista toista kutsutaan nukleaariseksi lokalisointisignaaliksi (Nuclear Localization Signal, NLS) ja toista nukleaariseksi vientisignaaliksi (Nuclear Export Signal, NES). NLS toimii signaalina ydintoimintaa varten, kun taas NES toimii HDAC:ien kanssa, jotka tekevät työtä ytimen ulkopuolella. Molempien signaalien esiintyminen HDAC3:ssa viittaa siihen, että se liikkuu ytimen ja sytoplasman välillä. HDAC3:n on jopa havaittu olevan vuorovaikutuksessa plasmakalvon kanssa. Silencing Mediator for Retinoic Acid and Thyroid Hormone (SMRT) -reseptoreiden ja Nuclear Receptor Co-Repressor (N-CoR) -tekijöiden on hyödynnettävä HDAC3:a, jotta se voisi aktivoitua. Näin tehdessään se saa kyvyn ko-precipitoitua HDAC:ien 4, 5 ja 7 kanssa. HDAC3 löytyy myös kompleksoituneena yhdessä HDAC:hen liittyvän proteiinin (HDRP) kanssa. HDAC:ien 1 ja 3 on havaittu välittävän Rb-RbAp48-vuorovaikutuksia, mikä viittaa sen toimintaan solusyklin etenemisessä. HDAC3 osoittaa myös osallistumista kantasolujen itseuudistumiseen ja transkriptiosta riippumatonta roolia mitoosissa.
HDAC8Edit
HDAC8:n on todettu muistuttavan eniten HDAC3:a. Sen tärkein ominaisuus on sen katalyyttinen domeeni, joka sisältää NLS-alueen keskellä. Tästä HDAC:sta on löydetty kaksi transkriptiä, jotka ovat 2,0 kt:n transkripti ja 2,4 kt:n transkripti. Toisin kuin muut HDAC-molekyylit, tämä HDAC osoittautui puhdistettuna entsymaattisesti aktiiviseksi. Koska se löydettiin hiljattain, tässä vaiheessa ei vielä tiedetä, säätelevätkö sitä yhteisrepressoriproteiinikompleksit. Northern blotit ovat osoittaneet, että eri kudostyypeissä HDAC8:n ilmentyminen vaihtelee, mutta sitä on havaittu sileissä lihaksissa, ja sen uskotaan vaikuttavan supistumiskykyyn.
Luokan II HDAC:tToimita
Luokka IIAToimita
Luokan IIA HDAC:iin kuuluvat HDAC4, HDAC5, HDAC7 ja HDAC9. HDAC:ien 4 ja 5 on todettu muistuttavan eniten toisiaan, kun taas HDAC7:n on todettu muistuttavan molempia. HDAC9:stä on löydetty kolme varianttia, mukaan lukien HDAC9a, HDAC9b ja HDAC9c/HDRP, mutta niitä on epäilty olevan enemmänkin. HDAC9:n varianttien on todettu olevan samankaltaisia muiden IIA-luokan HDAC:ien kanssa. HDAC9:n osalta spleikkausvariantit voidaan nähdä keinona luoda ”hienosäädetty mekanismi” solun erilaistuvien ilmentymistasojen erilaistamiseksi. Eri solutyypit voivat hyödyntää ja käyttää HDAC9-entsyymin eri isomuotoja, mikä mahdollistaa erilaisen säätelyn. HDAC:ien 4, 5 ja 7 katalyyttiset domeenit sijaitsevat C-terminaalissa yhdessä NLS-alueen kanssa, kun taas HDAC9:n katalyyttinen domeeni sijaitsee N-terminaalissa. HDAC9:n variantista HDAC9c/HDRP puuttuu kuitenkin katalyyttinen domeeni, mutta se on 50-prosenttisesti samankaltainen HDAC:ien 4 ja 5 N-terminaalin kanssa.
HDAC:eille 4, 5 ja 7 on löydetty konservoituneita sitoutumisdomeeneja, jotka sitoutuvat C-terminaaliseen sitoutuvaan proteiiniin (CtBP), myosyyttien tehostamistekijä 2:een (MEF2) ja 14-3-3:een. Kaikki kolme HDAC:ia toimivat tukahduttaakseen myogeenisen transkriptiotekijän MEF2:n, jolla on olennainen rooli lihasten erilaistumisessa DNA:ta sitovana transkriptiotekijänä. HDAC:ien sitoutuminen MEF2:een estää lihasten erilaistumista, mikä voidaan kumota Ca2+/kalmoduliini-riippuvaisen kinaasin (CaMK) vaikutuksesta, joka dissosioi HDAC/MEF2-kompleksin fosforyloimalla HDAC:n osan. Niiden on havaittu osallistuvan soluhypertrofiaan lihaksen kontrolloidussa erilaistumisessa sekä soluhypertrofiaan lihas- ja rustokudoksissa. HDAC:ien 5 ja 7 on osoitettu toimivan vastakkain HDAC4:n kanssa lihasten erilaistumisen säätelyn aikana, jotta oikea ekspressiotaso säilyisi. On saatu näyttöä siitä, että nämä HDAC:t ovat vuorovaikutuksessa myös HDAC3:n kanssa, joka toimii rinnakkaisrekrytointitekijänä ytimessä oleville SMRT/N-CoR-tekijöille. HDAC3-entsyymin puuttumisen on osoitettu johtavan inaktiivisuuteen, mikä saa tutkijat uskomaan, että HDAC:t 4, 5 ja 7 auttavat DNA:ta sitovien rekrytoijien sisällyttämisessä ytimessä sijaitseviin HDAC3:a sisältäviin HDAC-komplekseihin. Kun HDAC4 poistetaan hiiristä, ne kärsivät voimakkaasta kondrosyyttihypertrofiasta ja kuolevat äärimmäisen luutumisen vuoksi. HDAC7:n on osoitettu tukahduttavan Nur77-riippuvaista apoptoosia. Tämä vuorovaikutus johtaa rooliin T-solujen klonaalisessa laajentumisessa. HDAC9 KO -hiirten on osoitettu kärsivän sydämen hypertrofiasta, joka pahenee hiirissä, jotka ovat kaksoiskoossa HDAC 9:n ja 5:n suhteen.
Luokka IIEdit
Luokan IIB HDAC:iin kuuluvat HDAC6 ja HDAC10. Nämä kaksi HDAC:ia ovat läheisimmin sukua toisilleen yleiseltä sekvenssiltään. HDAC6:n katalyyttinen domeeni muistuttaa kuitenkin eniten HDAC9:ää. HDAC6:n ainutlaatuinen piirre on, että siinä on kaksi katalyyttistä domeenia rinnakkain. Toinen HDAC6:n ainutlaatuinen piirre on HDAC6:een, SP3:een ja Brap2:een liittyvä HUB-domeeni (HDAC6-, SP3- ja Brap2-sinkkisormimotiiviin liittyvä HUB-domeeni) C-terminaalissa, jolla on joitakin ubikvitinaatioon liittyviä toimintoja, mikä tarkoittaa, että tämä HDAC on altis hajoamiselle. HDAC10:llä on myös kaksi katalyyttistä domeenia. Yksi aktiivinen domeeni sijaitsee N-terminaalissa ja oletettu katalyyttinen domeeni sijaitsee C-terminaalissa yhdessä NES-domeenin kanssa. HDAC10:stä on löydetty myös kaksi oletettua Rb:tä sitovaa domeenia, mikä osoittaa, että sillä voi olla tehtäviä solusyklin säätelyssä. HDAC10:stä on löydetty kaksi varianttia, joilla molemmilla on pieniä pituuseroja. HDAC6 on ainoa HDAC, jonka on osoitettu vaikuttavan tubuliiniin, ja se toimii tubuliinin deasetylaasina, joka auttaa säätelemään mikrotubuluksesta riippuvaista solujen liikkuvuutta. Sitä esiintyy enimmäkseen sytoplasmassa, mutta sen tiedetään esiintyvän myös ytimessä yhdessä HDAC11:n kanssa. HDAC10:n on havaittu vaikuttavan HDAC:iin 1, 2, 3 (tai SMRT), 4, 5 ja 7. Joitakin todisteita on saatu siitä, että sillä saattaa olla pieniä vuorovaikutuksia myös HDAC6:n kanssa. Tämä saa tutkijat uskomaan, että HDAC10 saattaa toimia pikemminkin rekrytoijana kuin deasetylaatiotekijänä. HDAC10:llä tehdyissä kokeissa havaittiin kuitenkin todellakin deasetylaatioaktiivisuutta.
Luokan IV HDAC:t Muokkaa
HDAC11Muokkaa
HDAC11:n on osoitettu olevan sukua HDAC:ille 3 ja 8, mutta sen yleinen sekvenssi poikkeaa melko paljon muista HDAC:ista, minkä vuoksi se kuuluu omaan luokkaansa. HDAC11:llä on katalyyttinen domeeni, joka sijaitsee sen N-terminaalissa. Sitä ei ole löydetty sisällytettynä mihinkään HDAC-kompleksiin, kuten Nurd- tai SMRT-kompleksiin, mikä tarkoittaa, että sillä saattaa olla erityinen, vain sille ominainen tehtävä. On havaittu, että HDAC11 pysyy pääasiassa ytimessä.