Hiszton acetiltranszferázok (HAT-ok)Edit
A hiszton acetiltranszferázok, más néven HAT-ok, a nukleoszómák hisztonfarkait acetiláló enzimek családja. Ez és más módosítások a sejtkörnyezet változó állapotai alapján fejeződnek ki. Számos acetiláló képességgel rendelkező fehérjét dokumentáltak, és egy idő után a köztük lévő szekvencia-hasonlóságok alapján kategorizálták őket. Ezek a hasonlóságok egy család tagjai között nagyok, de a különböző családok tagjai nagyon kevés hasonlóságot mutatnak. Az eddig azonosított fontosabb családok közül néhány a következő.
GNAT-családSzerkesztés
Az általános kontroll nem derepresszibilis 5 (Gcn5) -vel kapcsolatos N-acetil-transzferázok (GNAT-ok) egyike a sok vizsgált acetilálási képességgel rendelkező családnak. Ebbe a szupercsaládba tartoznak a SAGA, SLIK, STAGA, ADA és A2 komplexekbe tartozó Gcn5 faktorok, a Gcn5L, a p300/CREB-kötő fehérjéhez kapcsolódó faktor (PCAF), az Elp3, a HPA2 és a HAT1. A GNAT család főbb jellemzői közé tartoznak a körülbelül 160 maradék hosszúságú HAT-domének és egy konzervált bromodomén, amelyről megállapították, hogy acetil-lizin-célzó motívum. A Gcn5-ről kimutatták, hogy egy komplex részeként acetilálja a szubsztrátokat. A rekombináns Gcn5-ről megállapították, hogy részt vesz a nukleoszóma H3 hisztonjainak acetilálásában. Kisebb mértékben a H2B és H4 hisztonok acetilálását is kimutatták, ha más komplexekkel vesz részt. A PCAF képes HAT-fehérjeként működni és hisztonokat acetilálni, képes acetilálni a transzkripcióhoz kapcsolódó nem-hiszton fehérjéket, valamint koaktivátorként működni számos folyamatban, beleértve a miogenezist, a nukleáris receptorok által közvetített aktivációt és a növekedési faktorok által jelzett aktivációt. Az Elp3 képes acetilálni az összes hiszton alegységet, és az RNS-polimeráz II holoenzimben való részvételét is mutatja.
MYST családSzerkesztés
MOZ (Monocytic Leukemia Zinc Finger Protein), Ybf2/Sas3, Sas2 és Tip60 (Tat Interacting Protein) alkotják a MYST, egy másik jól ismert családot, amely acetiláló képességet mutat. Ebbe a családba tartozik a Sas3, az esszenciális SAS-hez kapcsolódó acetil-transzferáz (Esa1), a Sas2, a Tip60, a MOF, a MOZ, a MORF és a HBO1. E család tagjai többféle funkcióval rendelkeznek, nemcsak a gének aktiválásával és elnémításával, hanem a fejlődést is befolyásolják, és az emberi betegségekben is szerepet játszanak. A Sas2 és a Sas3 a transzkripció csendesítésében, a MOZ és a TIF2 a leukémiás transzklúziós termékek képződésében, míg a MOF a dózis-kompenzációban vesz részt Drosophilában. A MOF a spermatogenezist is befolyásolja egerekben, mivel részt vesz a H2AX foszforiláció bővülésében a meiózis leptotén és pachytene szakaszai között. A HAT-domének e család esetében körülbelül 250 maradékból állnak, amelyek ciszteinben gazdag, cinkkötő doméneket, valamint N-terminális kromodoméneket tartalmaznak. A MYST fehérjék Esa1, Sas2 és Sas3 élesztőben, a MOF Drosophilában és egerekben, míg a Tip60, MOZ, MORF és HBO1 emberben található. A Tip60 a géntranszkripció szabályozásában játszik szerepet, az HBO a DNS-replikációs folyamatot befolyásolja, a MORF képes a szabad hisztonok (különösen a H3 és H4), valamint a nukleoszomális hisztonok acetilálására.
p300/CBP családSzerkesztés
Adenovírus E1A-asszociált 300kDa fehérje (p300) és a CREB-kötő fehérje (CBP) alkotja a HAT-ok következő családját. Ez a HAT-család HAT-doméneket tartalmaz, amelyek körülbelül 500 maradék hosszúak, és bromodoméneket, valamint három cisztein-hisztidinben gazdag domént tartalmaznak, amelyek segítik a fehérje kölcsönhatásokat. Ezek a HAT-ok ismertek arról, hogy a nukleoszómában lévő összes hiszton alegységet acetilálják. Emellett képesek acetilálni és közvetíteni a transzkripcióban részt vevő nem-hisztonfehérjéket, és részt vesznek a sejtciklusban, a differenciálódásban és az apoptózisban is.
Egyéb HAT-okSzerkesztés
Vannak más fehérjék is, amelyek acetiláló képességgel rendelkeznek, de szerkezetükben különböznek a korábban említett családoktól. Az egyik HAT az úgynevezett szteroid receptor koaktivátor 1 (SRC1), amelynek HAT doménje a fehérje C-terminális végén található, egy bázikus helix-loop-hélix és PAS A és PAS B doménekkel együtt, középen egy LXXLL receptor kölcsönható motívummal. Egy másik az ATF-2, amely tartalmaz egy transzkripciós aktiváló (ACT) domént és egy bázikus cipzár DNS-kötő (bZip) domént, a kettő között pedig egy HAT-domént. Az utolsó a TAFII250, amely az N-terminális régióban egy kináz doménnel, a C-terminális régióban található két bromodoménnel és a kettő között egy HAT doménnel rendelkezik.
Hiszton-deacetilázok (HDAC-ok)Edit
A hiszton-deacetilázokat (HDAC-ok) összesen négy osztályba sorolják. Az I. osztályba a HDAC 1, 2, 3 és 8 tartozik. A II. osztály két alcsoportra, a IIA és a IIB osztályra oszlik. A IIA osztályba a 4., 5., 7. és 9. HDAC-ok tartoznak, míg a IIB osztályba a 6. és 10. HDAC-ok. A III. osztály a szirtuinokat tartalmazza, a IV. osztály pedig csak a HDAC11-et. A HDAC-fehérjék osztályait az I. osztályú HDAC-ok esetében az Rpd3, Hos1 és Hos2, a II. osztályú HDAC-ok esetében a HDA1 és Hos3, a III. osztályú HDAC-ok esetében pedig a szirtuinok szekvencia-homológiájával való összehasonlítás alapján osztották fel és csoportosították.
I. osztályú HDAC-okSzerkesztés
HDAC1 & HDAC2Szerkesztés
HDAC1 & HDAC2 az első osztályba tartozó HDAC-ok állnak a legközelebbi rokonságban egymással. A két HDAC teljes szekvenciáját elemezve a hasonlóságuk megközelítőleg 82%-os homológságot mutatott. Ezeket az enzimeket izolálva inaktívnak találták, ami arra engedett következtetni, hogy kofaktorokkal kell beépülniük ahhoz, hogy aktiválják deacetiláz képességeiket. Három fő fehérjekomplex van, amelyekbe a HDAC 1 & 2 beépülhet. Ezek a komplexek a következők: Sin3 (a jellegzetes mSin3A fehérjéről kapta a nevét), Nucleosome Remodelling and Deacetylating complex (NuRD) és Co-REST. A Sin3 komplex és a NuRD komplex egyaránt tartalmazza a HDAC 1-et és 2-et, az Rb-asszociált 48-as fehérjét (RbAp48) és az RbAp46-ot, amelyek mindkét komplex magját alkotják. Más komplexekre is szükség lehet azonban ahhoz, hogy a lehető legnagyobb mennyiségű rendelkezésre álló aktivitás beinduljon. A HDAC 1 és 2 közvetlenül is kötődhet olyan DNS-kötő fehérjékhez, mint a Yin és Yang 1 (YY1), az Rb-kötő fehérje 1 és az Sp1. A HDAC 1-ről és 2-ről megállapították, hogy szabályozó szerepet fejtenek ki a sejtciklus kulcsfontosságú génjeiben, beleértve a p21-et is.
Az említett HDAC-ok aktivitását foszforilációval lehet befolyásolni. A foszforiláció megnövekedett mennyisége (hiperfoszforiláció) fokozott deacetiláz aktivitáshoz vezet, de lebontja a HDACs 1 és 2, valamint a HDAC1 és az mSin3A/YY1 közötti komplexképződést. A foszforiláció normálisnál alacsonyabb mennyisége (hipofoszforiláció) a deacetiláz-aktivitás csökkenéséhez vezet, de növeli a komplexképződés mennyiségét. Mutációs vizsgálatok megállapították, hogy a fő foszforiláció a Ser421 és Ser423 maradékoknál történik. Valóban, amikor ezeket a maradékokat mutálták, drasztikus csökkenést tapasztaltak a deacetilációs aktivitás mennyiségében. Ez a foszforilációs állapotbeli különbség a foszforiláció optimális szintjének fenntartását szolgálja annak érdekében, hogy a deacetiláció ne legyen túl- vagy alulműködés. A HDAC 1-et és 2-et kizárólag a sejtmagban találták meg. A HDAC1 knockout (KO) egerekben az egerek az embriogenezis során elpusztultak, és a ciklinfüggő kináz inhibitorok (CDKI-k) p21 és p27 termelésének drasztikus csökkenését, de fokozott expresszióját mutatták. Még a többi I. osztályú HDAC felszabályozása sem tudta kompenzálni a HDAC1 elvesztését. Ez a HDAC1 KO utáni helyreállásra való képtelenség arra engedi következtetni a kutatókat, hogy mind az egyes HDAC-ok funkcionális egyedisége, mind a faktorok közötti szabályozási keresztbeszélgetés létezik.
HDAC3Szerkesztés
A HDAC3-ról megállapították, hogy a HDAC8-zal áll a legközelebbi rokonságban. A HDAC3 a C-terminális régióban tartalmaz egy nem konzervált régiót, amelyről megállapították, hogy szükséges a transzkripciós represszióhoz, valamint a deacetiláz aktivitásához. Két régiót is tartalmaz, egy úgynevezett nukleáris lokalizációs jelet (NLS), valamint egy nukleáris export jelet (NES). Az NLS a nukleáris hatás jeleként funkcionál, míg a NES a magon kívüli munkát végző HDAC-oknál működik. A HDAC3 esetében mindkét jel jelenléte arra utal, hogy a sejtmag és a citoplazma között közlekedik. A HDAC3 még a plazmamembránnal is kölcsönhatásba lép. A retinsav- és pajzsmirigyhormon-receptorok (Silencing Mediator for Retinoic Acid and Thyroid Hormone, SMRT) és a nukleáris receptor társrepresszor (Nuclear Receptor Co-Repressor, N-CoR) faktorokat kell felhasználnia a HDAC3-nak ahhoz, hogy aktiválódjon. Ennek során képessé válik a 4., 5. és 7. HDAC-okkal való koprecipitációra. A HDAC3 a HDAC-kal kapcsolatos fehérjével (HDRP) komplexben is megtalálható. A HDAC 1 és 3 az Rb-RbAp48 kölcsönhatásokat közvetíti, ami arra utal, hogy a sejtciklus progressziójában játszik szerepet. A HDAC3 az őssejtek önmegújulásában való részvételét és a mitózisban betöltött transzkripciótól független szerepet is mutat.
HDAC8Szerkesztés
A HDAC8 a HDAC3-hoz találták a leginkább hasonlónak. Fő jellemzője a katalitikus doménje, amely középen egy NLS régiót tartalmaz. Ennek a HDAC-nak két transzkriptumát találták meg, egy 2,0kb-os és egy 2,4kb-os transzkriptumot. A többi HDAC molekulától eltérően tisztítva ez a HDAC enzimatikusan aktívnak bizonyult. Jelenleg, mivel nemrégiben fedezték fel, még nem ismert, hogy társrepresszor fehérjekomplexek szabályozzák-e a működését. Northern blotok kimutatták, hogy a különböző szövettípusok különböző mértékű HDAC8-expressziót mutatnak, de a simaizmokban megfigyelték, és úgy gondolják, hogy hozzájárul a kontraktilitáshoz.
II. osztályú HDAC-okSzerkesztés
IIA osztályÚjítás
A IIA osztályú HDAC-ok közé tartozik a HDAC4, HDAC5, HDAC7 és HDAC9. A 4-es és az 5-ös HDAC-okról megállapították, hogy leginkább hasonlítanak egymásra, míg a HDAC7 mindkettővel fenntartja a hasonlóságot. A HDAC9-nek három változatát fedezték fel, köztük a HDAC9a, a HDAC9b és a HDAC9c/HDRP változatát, de továbbiakat is gyanítottak. A HDAC9 variánsai hasonlóságot mutatnak a többi IIA osztályú HDAC-kal. A HDAC9 esetében a splicing-variánsok úgy tekinthetők, mint a sejten belüli differenciálási expressziós szintek “finomhangolt mechanizmusának” megteremtése. A különböző sejttípusok kihasználhatják és felhasználhatják a HDAC9 enzim különböző izoformáit, lehetővé téve a szabályozás különböző formáit. A HDAC 4, 5 és 7 katalitikus doménje a C-terminuson található egy NLS régióval együtt, míg a HDAC9 katalitikus doménje az N-terminuson található. A HDAC9 HDAC9c/HDRP változata azonban nem rendelkezik katalitikus doménnel, de 50%-os hasonlóságot mutat a HDAC 4 és 5 N-terminusával.
A HDAC 4, 5 és 7 esetében konzervált kötődoméneket fedeztek fel, amelyek kötődnek a C-terminális kötőfehérjéhez (CtBP), a myocyta enhancer factor 2 (MEF2) és a 14-3-3-hoz. Mindhárom HDAC elnyomja a MEF2 myogén transzkripciós faktort, amely DNS-kötő transzkripciós faktorként alapvető szerepet játszik az izmok differenciálódásában. A HDAC-ok MEF2-hez való kötődése gátolja az izomdifferenciálódást, ami a Ca2+/kalmodulinfüggő kináz (CaMK) hatására visszafordítható, amely a HDAC/MEF2-komplex disszociációját szolgálja a HDAC-rész foszforilálásával. Kimutatták, hogy részt vesznek a sejtes hipertrófiában az izomszabályozó differenciálódásban, valamint a sejtes hipertrófiában az izom- és porcszövetekben. A HDAC 5-ről és 7-ről kimutatták, hogy az izomdifferenciálódás szabályozása során a HDAC4 ellenében működnek a megfelelő expressziós szint fenntartása érdekében. Bizonyított, hogy ezek a HDAC-ok a HDAC3-mal is kölcsönhatásba lépnek, mint a sejtmagban lévő SMRT/N-CoR faktorok társrekrutációs faktorai. A HDAC3 enzim hiánya bizonyítottan inaktivitáshoz vezet, ami alapján a kutatók úgy vélik, hogy a 4., 5. és 7. HDAC-ok segítik a DNS-kötő rekrutálók beépülését a sejtmagban található HDAC3-tartalmú HDAC-komplexekbe. Ha a HDAC4-et egerekben kiütik, akkor egerek kifejezett kondrocita hipertrófiában szenvednek, és az extrém csontosodás miatt elpusztulnak. A HDAC7-ről kimutatták, hogy elnyomja a Nur77-függő apoptózist. Ez a kölcsönhatás a T-sejtek klonális expanziójában betöltött szerephez vezet. A HDAC9 KO egerek szívhipertrófiában szenvednek, ami a HDAC 9 és 5 kettős KO-ban szenvedő egerekben súlyosbodik.
II. osztályBevezetés
A IIB osztályba tartozó HDAC-ok közé tartozik a HDAC6 és a HDAC10. Ez a két HDAC teljes szekvenciáját tekintve a legközelebbi rokonságban áll egymással. A HDAC6 katalitikus doménje azonban leginkább a HDAC9-hez hasonlít. A HDAC6 egyedi jellemzője, hogy két katalitikus domént tartalmaz egymás mellett. A HDAC6 másik egyedi jellemzője a HDAC6-, SP3- és Brap2-hez kapcsolódó cinkujj-motívum (HUB) domén a C-terminuson, amely az ubikvitinációval kapcsolatos funkciókat mutat, ami azt jelenti, hogy ez a HDAC hajlamos a lebomlásra. A HDAC10 két katalitikus doménnel is rendelkezik. Az egyik aktív domén az N-terminuson található, a feltételezett katalitikus domén pedig a C-terminuson egy NES doménnel együtt. A HDAC10-en két feltételezett Rb-kötő domént is találtak, ami azt mutatja, hogy szerepe lehet a sejtciklus szabályozásában. A HDAC10-nek két változatát találták meg, mindkettőnek van enyhe hosszbeli eltérése. A HDAC6 az egyetlen HDAC, amelyről kimutatták, hogy tubulinon hat, tubulin-deacetilázként működik, ami segít a mikrotubulusfüggő sejtmozgás szabályozásában. Többnyire a citoplazmában található, de ismert, hogy a sejtmagban is megtalálható, a HDAC11-gyel komplexben. A HDAC10 a HDAC 1, 2, 3 (vagy SMRT), 4, 5 és 7-re hat. Bizonyos bizonyítékokat találtak arra, hogy a HDAC6-tal is lehetnek kisebb kölcsönhatásai. Ez arra engedi következtetni a kutatókat, hogy a HDAC10 inkább toborzóként, mintsem deacetilációs tényezőként működhet. A HDAC10-zel végzett kísérletek azonban valóban mutattak deacetilációs aktivitást.
IV. osztályú HDAC-okSzerkesztés
HDAC11Szerkesztés
A HDAC11-ről kimutatták, hogy a 3. és 8. HDAC-okkal rokon, de az általános szekvenciája meglehetősen különbözik a többi HDAC-tól, ezért külön kategóriába sorolják. A HDAC11 katalitikus doménje az N-terminusán található. Nem találták beépülve olyan HDAC-komplexekbe, mint a Nurd vagy az SMRT, ami azt jelenti, hogy különleges, csak rá jellemző funkcióval rendelkezhet. Úgy találták, hogy a HDAC11 főként a sejtmagban marad.