Histone acétyltransférase (HATs)Edit
Les histones acétyltransférases, également connues sous le nom de HATs, sont une famille d’enzymes qui acétylent les queues d’histones du nucléosome. Cette modification, ainsi que d’autres, sont exprimées en fonction des différents états de l’environnement cellulaire. De nombreuses protéines ayant des capacités d’acétylation ont été documentées et, après un certain temps, elles ont été classées en fonction des similarités de séquence entre elles. Ces similitudes sont élevées entre les membres d’une même famille, mais les membres de familles différentes présentent très peu de ressemblance. Certaines des principales familles identifiées jusqu’à présent sont les suivantes.
Famille GNATEdit
Les N-acétyltransférases liées au contrôle général non dérépressible 5 (Gcn5) (GNATs) est l’une des nombreuses familles étudiées ayant des capacités d’acétylation. Cette superfamille comprend les facteurs Gcn5 qui est inclus dans les complexes SAGA, SLIK, STAGA, ADA et A2, Gcn5L, le facteur associé à la protéine de liaison p300/CREB (PCAF), Elp3, HPA2 et HAT1. Les principales caractéristiques de la famille GNAT comprennent des domaines HAT d’environ 160 résidus de long et une bromodomaine conservée qui s’est avérée être un motif de ciblage de l’acétyl-lysine. Il a été démontré que la Gcn5 acétyle des substrats lorsqu’elle fait partie d’un complexe. On a constaté que la Gcn5 recombinante est impliquée dans l’acétylation des histones H3 du nucléosome. Dans une moindre mesure, on a constaté qu’il acétyle également les histones H2B et H4 lorsqu’il est impliqué dans d’autres complexes. PCAF a la capacité d’agir comme une protéine HAT et d’acétyler les histones, il peut acétyler des protéines non histones liées à la transcription, ainsi qu’agir comme un coactivateur dans de nombreux processus, y compris la myogenèse, l’activation médiée par les récepteurs nucléaires et l’activation signalée par les facteurs de croissance. Elp3 a la capacité d’acétyler toutes les sous-unités d’histone et montre également une implication dans l’holoenzyme de l’ARN polymérase II.
Famille MYSTEdit
MOZ (Monocytic Leukemia Zinc Finger Protein), Ybf2/Sas3, Sas2 et Tip60 (Tat Interacting Protein) composent tous MYST, une autre famille bien connue qui présente des capacités d’acétylation. Cette famille comprend Sas3, l’acétyltransférase essentielle liée au SAS (Esa1), Sas2, Tip60, MOF, MOZ, MORF et HBO1. Les membres de cette famille ont des fonctions multiples, non seulement en ce qui concerne l’activation et l’extinction des gènes, mais ils affectent également le développement et ont des implications dans les maladies humaines. Sas2 et Sas3 sont impliqués dans l’extinction de la transcription, MOZ et TIF2 sont impliqués dans la formation de produits de transclocation leucémique tandis que MOF est impliqué dans la compensation de dosage chez la drosophile. La MOF influence également la spermatogenèse chez la souris car elle est impliquée dans l’expansion de la phosphorylation de H2AX pendant les stades leptotène à pachytène de la méiose. Les domaines HAT de cette famille comptent environ 250 résidus qui comprennent des domaines riches en cystéine, des domaines de liaison au zinc ainsi que des chromodomaines N-terminaux. Les protéines MYST Esa1, Sas2 et Sas3 sont présentes chez la levure, MOF chez la drosophile et la souris, tandis que Tip60, MOZ, MORF et HBO1 sont présentes chez l’homme. Tip60 a des rôles dans la régulation de la transcription des gènes, HBO a été trouvé pour avoir un impact sur le processus de réplication de l’ADN, MORF est capable d’acétyler les histones libres (surtout H3 et H4) ainsi que les histones nucléosomales.
Famille p300/CBPModifié
La protéine de 300kDa associée à l’adénovirus E1A (p300) et la protéine de liaison à CREB (CBP) constituent la famille suivante de HATs. Cette famille de HAT contient des domaines HAT d’environ 500 résidus de long qui contiennent des bromodomaines ainsi que trois domaines riches en cystéine-histidine qui contribuent aux interactions protéiques. Ces HAT sont connues pour acétyler toutes les sous-unités d’histones dans le nucléosome. Elles ont également la capacité d’acétyler et de médier les protéines non histones impliquées dans la transcription et sont également impliquées dans le cycle cellulaire, la différenciation et l’apoptose.
Autres HATsEdit
Il existe d’autres protéines qui ont des capacités d’acétylation mais dont la structure diffère des familles précédemment mentionnées. Une HAT est appelée coactivateur du récepteur des stéroïdes 1 (SRC1), qui a un domaine HAT situé à l’extrémité C-terminale de la protéine ainsi qu’une hélice-boucle-hélice basique et des domaines PAS A et PAS B avec un motif d’interaction avec le récepteur LXXLL au milieu. Une autre protéine est l’ATF-2 qui contient un domaine d’activation transcriptionnelle (ACT) et un domaine de liaison à l’ADN à fermeture éclair basique (bZip) avec un domaine HAT entre les deux. Le dernier est TAFII250 qui a un domaine Kinase à la région N-terminale, deux bromodomaines situés à la région C-terminale et un domaine HAT situé entre les deux.
Histone désacétylase (HDACs)Edit
Il y a un total de quatre classes qui catégorisent les histone désacétylases (HDACs). La classe I comprend les HDACs 1, 2, 3 et 8. La classe II est divisée en deux sous-groupes, la classe IIA et la classe IIB. La classe IIA comprend les HDACs 4, 5, 7 et 9, tandis que la classe IIB comprend les HDACs 6 et 10. La classe III contient les sirtuines et la classe IV ne contient que la HDAC11. Les classes de protéines HDAC sont divisées et regroupées sur la base de la comparaison avec les homologies de séquence de Rpd3, Hos1 et Hos2 pour les HDAC de classe I, HDA1 et Hos3 pour les HDAC de classe II et les sirtuines pour les HDAC de classe III.
HDACs de classe IEdit
HDAC1 & HDAC2Edit
HDAC1 & HDAC2 sont dans la première classe d’HDACs sont les plus étroitement liés les uns aux autres. En analysant les séquences globales des deux HDAC, leur similarité s’est avérée être d’environ 82% d’homologie. On a constaté que ces enzymes étaient inactives lorsqu’elles étaient isolées, ce qui a permis de conclure qu’elles devaient être incorporées à des cofacteurs afin d’activer leurs capacités de désacétylase. Il existe trois complexes protéiques majeurs dans lesquels les HDAC 1 & 2 peuvent s’incorporer. Ces complexes comprennent Sin3 (nommé d’après sa protéine caractéristique mSin3A), le complexe de remodelage et de désacétylation des nucléosomes (NuRD), et Co-REST. Le complexe Sin3 et le complexe NuRD contiennent tous deux les HDAC 1 et 2, la protéine 48 associée à Rb (RbAp48) et RbAp46 qui constituent le cœur de chaque complexe. D’autres complexes peuvent cependant être nécessaires afin d’initier la plus grande quantité possible d’activité disponible. Les HDAC 1 et 2 peuvent également se lier directement aux protéines de liaison à l’ADN telles que Yin et Yang 1 (YY1), la protéine de liaison Rb 1 et Sp1. On a découvert que les HDACs 1 et 2 expriment des rôles régulateurs dans des gènes clés du cycle cellulaire, notamment p21.
L’activité de ces HDACs peut être affectée par la phosphorylation. Une quantité accrue de phosphorylation (hyperphosphorylation) entraîne une augmentation de l’activité désacétylase, mais dégrade la formation de complexes entre les HDACs 1 et 2 et entre HDAC1 et mSin3A/YY1. Une quantité de phosphorylation inférieure à la normale (hypophosphorylation) entraîne une diminution de la quantité d’activité désacétylase, mais augmente la quantité de formation de complexes. Des études de mutation ont révélé que la phosphorylation majeure se produit aux résidus Ser421 et Ser423. En effet, lorsque ces résidus ont été mutés, une réduction drastique a été observée dans la quantité d’activité de déacétylation. Cette différence dans l’état de la phosphorylation est un moyen de maintenir un niveau optimal de phosphorylation pour s’assurer qu’il n’y a pas de sur ou de sous expression de la désacétylation. Les HDACs 1 et 2 ont été trouvées exclusivement dans le noyau. Chez les souris knockout (KO) HDAC1, on a constaté que les souris mouraient pendant l’embryogenèse et qu’elles présentaient une réduction drastique de la production mais une expression accrue des inhibiteurs de la kinase dépendante de la cycline (CDKI) p21 et p27. Même la régulation positive des autres HDAC de classe I n’a pas pu compenser la perte de HDAC1. Cette incapacité à récupérer après une KO de HDAC1 conduit les chercheurs à penser qu’il existe à la fois une unicité fonctionnelle à chaque HDAC ainsi qu’une diaphonie réglementaire entre les facteurs.
HDAC3Edit
HDAC3 s’est avéré être le plus étroitement lié à HDAC8. HDAC3 contient une région non conservée dans la région C-terminale qui s’est avérée être requise pour la répression transcriptionnelle ainsi que pour son activité désacétylase. Il contient également deux régions, l’une appelée signal de localisation nucléaire (NLS) et l’autre signal d’exportation nucléaire (NES). Le NLS fonctionne comme un signal pour l’action nucléaire tandis que le NES fonctionne avec les HDAC qui effectuent un travail en dehors du noyau. La présence des deux signaux pour HDAC3 suggère qu’elle voyage entre le noyau et le cytoplasme. On a même constaté que HDAC3 interagit avec la membrane plasmique. Les récepteurs SMRT (Silencing Mediator for Retinoic Acid and Thyroid Hormone) et les facteurs N-CoR (Nuclear Receptor Co-Repressor) doivent être utilisés par HDAC3 pour l’activer. Ce faisant, elle acquiert la capacité de co-précipiter avec les HDACs 4, 5 et 7. On peut également trouver HDAC3 complexée avec la protéine liée aux HDAC (HDRP). On a constaté que les HDAC 1 et 3 servent de médiateurs aux interactions entre Rb et RbAp48, ce qui suggère qu’elles jouent un rôle dans la progression du cycle cellulaire. HDAC3 montre également une implication dans l’auto-renouvellement des cellules souches et un rôle indépendant de la transcription dans la mitose.
HDAC8Edit
HDAC8 s’est avéré être le plus similaire à HDAC3. Sa principale caractéristique est son domaine catalytique qui contient une région NLS au centre. Deux transcrits de cette HDAC ont été trouvés qui comprennent un transcrit de 2,0kb et un transcrit de 2,4kb. Contrairement aux autres molécules HDAC, cette HDAC s’est révélée active sur le plan enzymatique après purification. À ce stade, en raison de sa découverte récente, on ne sait pas encore si elle est régulée par des complexes protéiques corépresseurs. Les Northern blots ont révélé que différents types de tissus présentent des degrés variables d’expression de la HDAC8, mais elle a été observée dans les muscles lisses et on pense qu’elle contribue à la contractilité.
HDACs de classe IIEdit
Classe IIAEdit
Les HDACs de classe IIA comprennent les HDAC4, HDAC5, HDAC7 et HDAC9. On a constaté que les HDACs 4 et 5 se ressemblent le plus, tandis que la HDAC7 conserve une ressemblance avec les deux. Trois variantes d’HDAC9 ont été découvertes, à savoir HDAC9a, HDAC9b et HDAC9c/HDRP, et d’autres ont été suspectées. Les variants de HDAC9 présentent des similitudes avec le reste des HDAC de classe IIA. Pour HDAC9, les variantes d’épissage peuvent être considérées comme un moyen de créer un « mécanisme de réglage fin » pour différencier les niveaux d’expression dans la cellule. Différents types de cellules peuvent profiter et utiliser différentes isoformes de l’enzyme HDAC9, ce qui permet différentes formes de régulation. Les HDAC 4, 5 et 7 ont leurs domaines catalytiques situés dans l’extrémité C-terminale ainsi qu’une région NLS, tandis que le domaine catalytique de la HDAC9 est situé dans l’extrémité N-terminale. Cependant, le variant HDAC9, HDAC9c/HDRP, est dépourvu de domaine catalytique mais présente une similarité de 50 % avec l’extrémité N-terminale des HDAC 4 et 5.
Pour les HDAC 4, 5 et 7, on a découvert des domaines de liaison conservés qui se lient à la protéine de liaison C-terminale (CtBP), au facteur 2 d’amplification des myocytes (MEF2) et au 14-3-3. Ces trois HDAC agissent pour réprimer le facteur de transcription myogénique MEF2, qui joue un rôle essentiel dans la différenciation musculaire en tant que facteur de transcription liant l’ADN. La liaison des HDAC à MEF2 inhibe la différenciation musculaire, ce qui peut être inversé par l’action de la Ca2+/calmoduline-dépendante kinase (CaMK) qui dissocie le complexe HDAC/MEF2 en phosphorylant la partie HDAC. On a constaté qu’ils étaient impliqués dans l’hypertrophie cellulaire dans la différenciation du contrôle musculaire ainsi que dans l’hypertrophie cellulaire dans les tissus musculaires et cartilagineux. Il a été démontré que les HDAC 5 et 7 travaillent en opposition à HDAC4 pendant la régulation de la différenciation musculaire afin de maintenir un niveau d’expression approprié. Il a été prouvé que ces HDAC interagissent également avec HDAC3 en tant que facteur de co-recrutement aux facteurs SMRT/N-CoR dans le noyau. L’absence de l’enzyme HDAC3 a montré qu’elle conduisait à l’inactivité, ce qui fait penser aux chercheurs que les HDAC 4, 5 et 7 aident à l’incorporation de recruteurs de liaison à l’ADN pour les complexes HDAC contenant HDAC3 situés dans le noyau. Lorsque l’on élimine HDAC4 chez des souris, celles-ci souffrent d’une hypertrophie prononcée des chondrocytes et meurent en raison d’une ossification extrême. Il a été démontré que HDAC7 supprime l’apoptose dépendante de Nur77. Cette interaction conduit à un rôle dans l’expansion clonale des cellules T. Il est démontré que les souris HDAC9 KO souffrent d’une hypertrophie cardiaque qui est exacerbée chez les souris doublement KO pour les HDAC 9 et 5.
Classe IIBEdit
Les HDAC de classe IIB comprennent HDAC6 et HDAC10. Ces deux HDAC sont les plus proches l’une de l’autre dans la séquence globale. Cependant, le domaine catalytique de HDAC6 est le plus similaire à celui de HDAC9. Une caractéristique unique de HDAC6 est qu’elle contient deux domaines catalytiques en tandem l’un de l’autre. Une autre caractéristique unique de HDAC6 est le domaine HUB (zinc finger motif) lié à HDAC6, SP3 et Brap2 dans l’extrémité C-terminale qui montre certaines fonctions liées à l’ubiquitination, ce qui signifie que cette HDAC est encline à la dégradation. HDAC10 possède également deux domaines catalytiques. Un domaine actif est situé dans l’extrémité N-terminale et un domaine catalytique putatif est situé dans l’extrémité C-terminale avec un domaine NES. Deux domaines putatifs de liaison à Rb ont également été trouvés sur HDAC10, ce qui montre qu’elle peut jouer un rôle dans la régulation du cycle cellulaire. Deux variantes de HDAC10 ont été trouvées, toutes deux présentant de légères différences de longueur. HDAC6 est la seule HDAC à agir sur la tubuline, agissant comme une désacétylase de la tubuline qui contribue à la régulation de la motilité cellulaire dépendant des microtubules. Elle se trouve principalement dans le cytoplasme mais on sait qu’elle est présente dans le noyau, complexée avec HDAC11. On a constaté que HDAC10 agit sur les HDAC 1, 2, 3 (ou SMRT), 4, 5 et 7. Il a été démontré qu’elle pouvait également avoir de petites interactions avec HDAC6. Cela conduit les chercheurs à penser que HDAC10 pourrait fonctionner davantage comme un recruteur plutôt que comme un facteur de désacétylation. Cependant, les expériences menées avec HDAC10 ont effectivement montré une activité de désacétylation.
HDACs de classe IVEdit
HDAC11Edit
HDAC11 s’est avéré être apparenté aux HDACs 3 et 8, mais sa séquence globale est assez différente des autres HDACs, ce qui le conduit à être dans sa propre catégorie. HDAC11 possède un domaine catalytique situé dans son extrémité N-terminale. Elle n’a pas été trouvée incorporée dans des complexes HDAC tels que Nurd ou SMRT, ce qui signifie qu’elle peut avoir une fonction spéciale qui lui est propre. Il a été constaté que HDAC11 reste principalement dans le noyau.