Histone acetyltransferase (HATs)Edit
Histone Acetyltransferases, noto anche come HATs, è una famiglia di enzimi che acetilano le code degli istoni del nucleosoma. Questa, e altre modifiche, sono espresse in base ai vari stati dell’ambiente cellulare. Molte proteine con capacità di acetilazione sono state documentate e, dopo un certo tempo, sono state classificate in base alle somiglianze di sequenza tra di loro. Queste somiglianze sono elevate tra i membri di una famiglia, ma i membri di famiglie diverse mostrano una somiglianza minima. Alcune delle principali famiglie identificate finora sono le seguenti.
famiglia GNATModifica
Il Controllo Generale Non-Derepressivo 5 (Gcn5) -relativo alle N-Acetiltransferasi (GNATs) è una delle molte famiglie studiate con capacità di acetilazione. Questa superfamiglia comprende i fattori Gcn5 che è incluso nei complessi SAGA, SLIK, STAGA, ADA, e A2, Gcn5L, p300/CREB-binding protein associated factor (PCAF), Elp3, HPA2 e HAT1. Le caratteristiche principali della famiglia GNAT includono domini HAT di circa 160 residui di lunghezza e una bromodomain conservata che si è rivelata essere un motivo di destinazione dell’acetil-lisina. Gcn5 ha dimostrato di acetilare i substrati quando fa parte di un complesso. Gcn5 ricombinante è stato trovato coinvolto nell’acetilazione degli istoni H3 del nucleosoma. In misura minore, è stato trovato per acetilare anche gli istoni H2B e H4 quando è coinvolto con altri complessi. PCAF ha la capacità di agire come una proteina HAT e acetilare gli istoni, può acetilare proteine non istoniche legate alla trascrizione, così come agire come un coattivatore in molti processi tra cui la miogenesi, l’attivazione mediata dai recettori nucleari e l’attivazione segnalata dai fattori di crescita. Elp3 ha la capacità di acetilare tutte le subunità dell’istone e mostra anche il coinvolgimento nell’oloenzima della RNA polimerasi II.
MYST familyEdit
MOZ (Monocytic Leukemia Zinc Finger Protein), Ybf2/Sas3, Sas2 e Tip60 (Tat Interacting Protein) formano MYST, un’altra famiglia ben nota che mostra capacità acetilanti. Questa famiglia comprende Sas3, l’acetiltransferasi essenziale legata alla SAS (Esa1), Sas2, Tip60, MOF, MOZ, MORF e HBO1. I membri di questa famiglia hanno funzioni multiple, non solo con l’attivazione e il silenziamento dei geni, ma influenzano anche lo sviluppo e hanno implicazioni nelle malattie umane. Sas2 e Sas3 sono coinvolti nel silenziamento della trascrizione, MOZ e TIF2 sono coinvolti nella formazione di prodotti di traslocazione leucemica mentre MOF è coinvolto nella compensazione del dosaggio nella Drosophila. MOF influenza anche la spermatogenesi nei topi in quanto è coinvolto nell’espansione della fosforilazione di H2AX durante le fasi da leptotene a pachytene della meiosi. I domini HAT per questa famiglia sono approssimativamente 250 residui che includono domini ricchi di cisteina e leganti lo zinco, così come i cromodomini N-terminali. Le proteine MYST Esa1, Sas2 e Sas3 si trovano nel lievito, MOF si trova in Drosophila e nei topi mentre Tip60, MOZ, MORF e HBO1 si trovano negli esseri umani. Tip60 ha un ruolo nella regolazione della trascrizione genica, HBO è stato trovato per influenzare il processo di replicazione del DNA, MORF è in grado di acetilare gli istoni liberi (specialmente H3 e H4) così come gli istoni nucleosomiali.
famiglia p300/CBPModifica
La proteina E1A associata all’adenovirale di 300kDa (p300) e la proteina CREB-binding (CBP) costituiscono la prossima famiglia di HATs. Questa famiglia di HAT contiene domini HAT che sono lunghi circa 500 residui e contengono bromodomini e tre domini ricchi di cisteina-istidina che aiutano nelle interazioni con le proteine. Queste HAT sono note per acetilare tutte le subunità di istone nel nucleosoma. Hanno anche la capacità di acetilare e mediare proteine non istoniche coinvolte nella trascrizione e sono anche coinvolte nel ciclo cellulare, nella differenziazione e nell’apoptosi.
Altre HATsEdit
Ci sono altre proteine che hanno capacità di acetilazione ma differiscono nella struttura dalle famiglie precedentemente menzionate. Una HAT è chiamata coattivatore del recettore degli steroidi 1 (SRC1), che ha un dominio HAT situato all’estremità C-terminale della proteina insieme a un’elica di base-loop-helix e domini PAS A e PAS B con un motivo di interazione del recettore LXXLL nel mezzo. Un altro è ATF-2 che contiene un dominio di attivazione trascrizionale (ACT) e un dominio basic zipper DNA-binding (bZip) con un dominio HAT nel mezzo. L’ultimo è TAFII250 che ha un dominio Kinase nella regione N-terminale, due bromodomini situati nella regione C-terminale e un dominio HAT situato nel mezzo.
Histone deacetylase (HDACs)Edit
Ci sono un totale di quattro classi che categorizzano Histone Deacetylases (HDACs). La classe I comprende le HDAC 1, 2, 3 e 8. La classe II è divisa in due sottogruppi, classe IIA e classe IIB. La classe IIA comprende le HDAC 4, 5, 7 e 9, mentre la classe IIB comprende le HDAC 6 e 10. La classe III contiene le Sirtuine e la classe IV contiene solo HDAC11. Le classi di proteine HDAC sono divise e raggruppate in base al confronto con le omologie di sequenza di Rpd3, Hos1 e Hos2 per le HDAC di classe I, HDA1 e Hos3 per le HDAC di classe II e le sirtuine per le HDAC di classe III.
Classe I HDACsEdit
HDAC1 & HDAC2Edit
HDAC1 & HDAC2 sono nella prima classe di HDACs sono più strettamente correlati tra loro. Analizzando le sequenze complessive di entrambi gli HDAC, la loro somiglianza è stata trovata essere circa 82% omologo. Questi enzimi sono stati trovati inattivi quando isolati, il che ha portato alla conclusione che devono essere incorporati con cofattori per attivare le loro capacità di deacetilasi. Ci sono tre principali complessi proteici in cui le HDAC 1 & 2 possono incorporarsi. Questi complessi includono Sin3 (dal nome della sua proteina caratteristica mSin3A), Nucleosome Remodelling and Deacetylating complex (NuRD), e Co-REST. Il complesso Sin3 e il complesso NuRD contengono entrambi HDAC 1 e 2, la proteina 48 associata a Rb (RbAp48) e RbAp46 che costituiscono il nucleo di ogni complesso. Altri complessi possono però essere necessari per avviare la massima quantità di attività disponibile possibile. Le HDACs 1 e 2 possono anche legarsi direttamente alle proteine leganti il DNA come Yin e Yang 1 (YY1), la proteina legante Rb 1 e Sp1. Le HDACs 1 e 2 sono state trovate per esprimere ruoli regolatori in geni chiave del ciclo cellulare, tra cui p21.
L’attività di queste HDACs può essere influenzata dalla fosforilazione. Una maggiore quantità di fosforilazione (iperfosforilazione) porta ad un aumento dell’attività della deacetilasi, ma degrada la formazione del complesso tra le HDACs 1 e 2 e tra HDAC1 e mSin3A/YY1. Una quantità di fosforilazione inferiore al normale (ipofosforilazione) porta a una diminuzione della quantità di attività della deacetilasi, ma aumenta la quantità di formazione del complesso. Gli studi di mutazione hanno scoperto che la maggiore fosforilazione avviene ai residui Ser421 e Ser423. Infatti, quando questi residui sono stati mutati, si è vista una drastica riduzione della quantità di attività di deacetilazione. Questa differenza nello stato di fosforilazione è un modo per mantenere un livello ottimale di fosforilazione per assicurare che non ci sia una sovra o sotto espressione di deacetilazione. Le HDAC 1 e 2 sono state trovate esclusivamente nel nucleo. Nei topi HDAC1 knockout (KO), i topi sono stati trovati a morire durante l’embriogenesi e hanno mostrato una drastica riduzione della produzione ma un aumento dell’espressione degli inibitori delle chinasi dipendenti dalla ciclina (CDKI) p21 e p27. Nemmeno l’upregolazione delle altre HDAC di classe I poteva compensare la perdita di HDAC1. Questa incapacità di recuperare da HDAC1 KO porta i ricercatori a credere che ci siano sia unicità funzionali per ogni HDAC che cross-talk normativo tra i fattori.
HDAC3Edit
HDAC3 è stato trovato per essere più strettamente legato a HDAC8. HDAC3 contiene una regione non conservata nella regione C-terminale che è stata trovata essere richiesta per la repressione trascrizionale così come la sua attività di deacetilasi. Contiene anche due regioni, una chiamata segnale di localizzazione nucleare (NLS) e un segnale di esportazione nucleare (NES). L’NLS funziona come un segnale per l’azione nucleare, mentre il NES funziona con le HDAC che lavorano fuori dal nucleo. La presenza di entrambi i segnali per HDAC3 suggerisce che viaggia tra il nucleo e il citoplasma. Si è persino scoperto che HDAC3 interagisce con la membrana plasmatica. I recettori SMRT (Silencing Mediator for Retinoic Acid and Thyroid Hormone) e i fattori N-CoR (Nuclear Receptor Co-Repressor) devono essere utilizzati da HDAC3 per attivarla. Così facendo, guadagna la capacità di co-precipitare con le HDAC 4, 5 e 7. HDAC3 può anche essere trovata complessata insieme alla proteina legata alle HDAC (HDRP). Le HDACs 1 e 3 sono state trovate per mediare le interazioni Rb-RbAp48, il che suggerisce che funzioni nella progressione del ciclo cellulare. HDAC3 mostra anche un coinvolgimento nell’autorinnovamento delle cellule staminali e un ruolo indipendente dalla trascrizione nella mitosi.
HDAC8Edit
HDAC8 è stata trovata più simile a HDAC3. La sua caratteristica principale è il suo dominio catalitico che contiene una regione NLS al centro. Sono state trovate due trascrizioni di questa HDAC che includono una trascrizione di 2.0kb e una di 2.4kb. A differenza delle altre molecole HDAC, quando purificata, questa HDAC ha mostrato di essere enzimaticamente attiva. A questo punto, a causa della sua recente scoperta, non si sa ancora se è regolata da complessi di proteine co-repressori. I blot settentrionali hanno rivelato che diversi tipi di tessuto mostrano diversi gradi di espressione di HDAC8, ma è stato osservato nei muscoli lisci e si pensa che contribuisca alla contrattilità.
Classe II HDACsEdit
Classe IIAEdit
La classe IIA HDACs include HDAC4, HDAC5, HDAC7 e HDAC9. Le HDAC 4 e 5 sono state trovate più simili tra loro, mentre la HDAC7 mantiene una somiglianza con entrambe. Sono state scoperte tre varianti di HDAC9 tra cui HDAC9a, HDAC9b e HDAC9c/HDRP, mentre altre sono state sospettate. Le varianti di HDAC9 sono state trovate per avere somiglianze con il resto delle HDAC di classe IIA. Per HDAC9, le varianti di splicing possono essere viste come un modo per creare un “meccanismo finemente sintonizzato” per i livelli di espressione differenziata nella cellula. Diversi tipi di cellule possono trarre vantaggio e utilizzare diverse isoforme dell’enzima HDAC9 consentendo diverse forme di regolazione. Le HDAC 4, 5 e 7 hanno i loro domini catalitici situati nel C-terminale insieme a una regione NLS, mentre HDAC9 ha il suo dominio catalitico situato nel N-terminale. Tuttavia, la variante HDAC9 HDAC9c/HDRP manca di un dominio catalitico ma ha una somiglianza del 50% con l’N-terminale delle HDAC 4 e 5.
Per le HDAC 4, 5 e 7, sono stati scoperti dei domini di legame conservati che si legano alla proteina di legame C-terminale (CtBP), al fattore potenziatore miocitario 2 (MEF2) e al 14-3-3. Tutti e tre gli HDAC lavorano per reprimere il fattore di trascrizione miogenico MEF2 che ha un ruolo essenziale nella differenziazione muscolare come fattore di trascrizione che lega il DNA. Il legame delle HDAC a MEF2 inibisce la differenziazione muscolare, che può essere invertita dall’azione della Ca2+/calmodulina-dipendente chinasi (CaMK) che lavora per dissociare il complesso HDAC/MEF2 fosforilando la parte HDAC. Si è visto che sono coinvolti nell’ipertrofia cellulare nella differenziazione del controllo muscolare e nell’ipertrofia cellulare nei tessuti muscolari e cartilaginei. Le HDAC 5 e 7 hanno dimostrato di lavorare in opposizione alle HDAC4 durante la regolazione della differenziazione muscolare in modo da mantenere un adeguato livello di espressione. È stato dimostrato che queste HDAC interagiscono anche con HDAC3 come fattore di co-reclutamento nei fattori SMRT/N-CoR nel nucleo. L’assenza dell’enzima HDAC3 ha dimostrato di portare all’inattività, il che fa credere ai ricercatori che le HDAC 4, 5 e 7 aiutano l’incorporazione di reclutatori legati al DNA per i complessi HDAC contenenti HDAC3 situati nel nucleo. Quando HDAC4 viene eliminato nei topi, questi soffrono di una pronunciata ipertrofia dei condrociti e muoiono a causa dell’estrema ossificazione. È stato dimostrato che HDAC7 sopprime l’apoptosi dipendente da Nur77. Questa interazione porta ad un ruolo nell’espansione clonale delle cellule T. I topi HDAC9 KO hanno dimostrato di soffrire di ipertrofia cardiaca che è esacerbata nei topi che sono doppiamente KO per le HDAC 9 e 5.
Classe IIBEdit
Le HDAC di Classe IIB includono HDAC6 e HDAC10. Queste due HDAC sono le più vicine l’una all’altra nella sequenza generale. Tuttavia, il dominio catalitico di HDAC6 è più simile a HDAC9. Una caratteristica unica di HDAC6 è che contiene due domini catalitici in tandem l’uno con l’altro. Un’altra caratteristica unica di HDAC6 è il dominio HDAC6-, SP3, e Brap2-related zinc finger motif (HUB) nel C-terminale che mostra alcune funzioni legate all’ubiquitinazione, il che significa che questa HDAC è incline alla degradazione. HDAC10 ha anche due domini catalitici. Un dominio attivo si trova nell’N-terminale e un dominio catalitico putativo si trova nel C-terminale insieme a un dominio NES. Due domini putativi di legame a Rb sono stati trovati anche su HDAC10, il che dimostra che potrebbe avere un ruolo nella regolazione del ciclo cellulare. Sono state trovate due varianti di HDAC10, entrambe con leggere differenze di lunghezza. HDAC6 è l’unica HDAC che ha dimostrato di agire sulla tubulina, agendo come una deacetilasi della tubulina che aiuta nella regolazione della motilità cellulare dipendente dai microtubuli. Si trova per lo più nel citoplasma, ma è noto che si trova nel nucleo, complessato insieme a HDAC11. Si è visto che HDAC10 agisce sulle HDAC 1, 2, 3 (o SMRT), 4, 5 e 7. È stato dimostrato che potrebbe avere piccole interazioni anche con HDAC6. Questo porta i ricercatori a credere che HDAC10 possa funzionare più come un reclutatore piuttosto che un fattore di deacetilazione. Tuttavia, gli esperimenti condotti con HDAC10 hanno effettivamente mostrato attività di deacetilazione.
Classe IV HDACsEdit
HDAC11Edit
HDAC11 ha dimostrato di essere correlata alle HDAC 3 e 8, ma la sua sequenza complessiva è abbastanza diversa dalle altre HDACs, portandola ad essere nella propria categoria. HDAC11 ha un dominio catalitico situato nel suo N-terminale. Non è stata trovata incorporata in nessun complesso HDAC come Nurd o SMRT, il che significa che potrebbe avere una funzione speciale unica per se stessa. È stato scoperto che HDAC11 rimane principalmente nel nucleo.