Acetylotransferazy histonów (HATs)Edycja
Acetylotransferazy histonów, znane również jako HATs, są rodziną enzymów, które acetylują ogony histonów w nukleosomach. Ta, oraz inne modyfikacje, ulegaj± ekspresji w zależno¶ci od zmiennych stanów ¶rodowiska komórkowego. Udokumentowano wiele białek posiadających zdolności acetylacyjne, które po pewnym czasie zostały sklasyfikowane na podstawie podobieństw sekwencji między nimi. Podobieństwa te są wysokie wśród członków jednej rodziny, ale członkowie różnych rodzin wykazują bardzo małe podobieństwo. Niektóre z głównych rodzin zidentyfikowanych do tej pory są następujące.
Rodzina GNATEdit
General Control Non-Derepressible 5 (Gcn5) -related N-Acetyltransferases (GNATs) jest jedną z wielu badanych rodzin ze zdolnościami acetylacji. Do tej nadrodziny należą czynniki Gcn5 wchodzące w skład kompleksów SAGA, SLIK, STAGA, ADA i A2, Gcn5L, p300/CREB-binding protein associated factor (PCAF), Elp3, HPA2 i HAT1. Głównymi cechami rodziny GNAT są domeny HAT o długości około 160 reszt oraz konserwowana bromodomena, która okazała się być motywem ukierunkowanym na acetylo-lizynę. Wykazano, że Gcn5 acetyluje substraty, gdy jest częścią kompleksu. Stwierdzono, że rekombinowany Gcn5 jest zaangażowany w acetylację histonów H3 nukleosomu. W mniejszym stopniu acetyluje również histony H2B i H4, gdy wchodzi w skład innych kompleksów. PCAF ma zdolność do działania jako białko HAT i acetylacji histonów, może acetylować białka niehistonowe związane z transkrypcją, jak również działać jako koaktywator w wielu procesach, w tym miogenezie, aktywacji pośredniczonej przez receptory jądrowe i aktywacji sygnalizowanej przez czynniki wzrostu. Elp3 ma zdolność do acetylacji wszystkich podjednostek histonu, a także wykazuje zaangażowanie w holoenzymie polimerazy RNA II.
Rodzina MYSTEdit
MOZ (Monocytic Leukemia Zinc Finger Protein), Ybf2/Sas3, Sas2 i Tip60 (Tat Interacting Protein) tworzą MYST, kolejną dobrze poznaną rodzinę wykazującą zdolności acetylacyjne. Rodzina ta obejmuje Sas3, niezbędną acetylotransferazę związaną z SAS (Esa1), Sas2, Tip60, MOF, MOZ, MORF i HBO1. Członkowie tej rodziny pełnią wiele funkcji, nie tylko aktywujących i wyciszających geny, ale także wpływają na rozwój i mają znaczenie w chorobach człowieka. Sas2 i Sas3 biorą udział w wyciszaniu transkrypcji, MOZ i TIF2 są zaangażowane w tworzenie białaczkowych produktów transklacji, podczas gdy MOF jest zaangażowany w kompensację dawki u Drosophila. MOF wpływa również na spermatogenezę u myszy, ponieważ jest zaangażowany w ekspansję fosforylacji H2AX podczas etapów mejozy od leptotenu do pachytenu. Domeny HAT dla tej rodziny maj± około 250 reszt, w skład których wchodz± bogate w cysteinę, wi±ż±ce cynk domeny oraz N-końcowe chromodomeny. Białka MYST: Esa1, Sas2 i Sas3 występują u drożdży, MOF u Drosophili i myszy, natomiast Tip60, MOZ, MORF i HBO1 u ludzi. Tip60 odgrywa rolę w regulacji transkrypcji genów, HBO ma wpływ na proces replikacji DNA, MORF jest w stanie acetylować wolne histony (zwłaszcza H3 i H4), jak również histony nukleosomalne.
Rodzina p300/CBPEdit
Adenoviral E1A-associated protein of 300kDa (p300) and the CREB-binding protein (CBP) make up the next family of HATs. Ta rodzina HAT zawiera domeny HAT o długości około 500 reszt i zawiera bromodomeny, jak również trzy domeny bogate w cysteinę i histydynę, które pomagają w interakcjach z białkami. Te HAT są znane z acetylacji wszystkich podjednostek histonów w nukleosomie. Mają one również zdolność do acetylacji i pośredniczenia w białkach niehistonowych zaangażowanych w transkrypcję, a także są zaangażowane w cykl komórkowy, różnicowanie i apoptozę.
Inne HATEdit
Istnieją inne białka, które mają zdolności acetylacyjne, ale różnią się strukturą od wcześniej wymienionych rodzin. Jednym z HAT jest koaktywator receptorów steroidowych 1 (SRC1), który posiada domenę HAT zlokalizowaną na końcu C-terminusa białka wraz z podstawową helisą-pętlą-helisą oraz domenami PAS A i PAS B z motywem interakcji z receptorem LXXLL w środku. Kolejnym jest ATF-2, który zawiera domenę aktywacji transkrypcyjnej (ACT) oraz domenę wiążącą podstawowy zamek błyskawiczny DNA (bZip) z domeną HAT pomiędzy nimi. Ostatnią jest TAFII250, która posiada domenę kinazową w regionie N-końcowym, dwie bromodomeny zlokalizowane w regionie C-końcowym oraz domenę HAT zlokalizowaną pomiędzy nimi.
Deacetylazy histonowe (HDACs)Edycja
Istnieją w sumie cztery klasy, które kategoryzują deacetylazy histonowe (HDACs). Klasa I obejmuje HDAC 1, 2, 3 i 8. Klasa II jest podzielona na dwie podgrupy, klasę IIA i klasę IIB. Klasa IIA obejmuje HDAC 4, 5, 7 i 9, natomiast klasa IIB obejmuje HDAC 6 i 10. Klasa III zawiera Sirtuiny, a klasa IV zawiera tylko HDAC11. Klasy białek HDAC są podzielone i pogrupowane na podstawie porównania z homologami sekwencji Rpd3, Hos1 i Hos2 dla klasy I HDAC, HDA1 i Hos3 dla klasy II HDAC oraz sirtuin dla klasy III HDAC.
Klasa I HDACsEdit
HDAC1 & HDAC2Edit
HDAC1 & HDAC2 należą do pierwszej klasy HDACs są ze sobą najbardziej spokrewnione. Analizując ogólne sekwencje obu HDACs, stwierdzono, że ich podobieństwo wynosi około 82% homologii. Enzymy te okazały się nieaktywne, gdy zostały wyizolowane, co doprowadziło do wniosku, że muszą być połączone z kofaktorami, aby aktywować ich zdolności deacetylazowe. Istnieją trzy główne kompleksy białkowe, w które HDAC 1 & 2 mogą się włączać. Kompleksy te obejmują Sin3 (nazwany od charakterystycznego dla niego białka mSin3A), kompleks przebudowujący nukleosomy i deacetylujący (NuRD) oraz Co-REST. Zarówno kompleks Sin3, jak i NuRD zawierają HDAC 1 i 2, białko Rb-associated protein 48 (RbAp48) oraz RbAp46, które stanowią rdzeń każdego kompleksu. Inne kompleksy mogą być jednak potrzebne, aby zainicjować maksymalną ilość dostępnej aktywności. HDAC 1 i 2 mogą również wiązać się bezpośrednio z białkami wiążącymi DNA, takimi jak Yin i Yang 1 (YY1), białko wiążące Rb 1 i Sp1. Stwierdzono, że HDACs 1 i 2 wyrażają role regulacyjne w kluczowych genach cyklu komórkowego, w tym p21.
Aktywność tych HDACs może być zaburzona przez fosforylację. Zwiększona ilość fosforylacji (hiperfosforylacja) prowadzi do zwiększonej aktywności deacetylazy, ale degraduje tworzenie kompleksów pomiędzy HDAC 1 i 2 oraz pomiędzy HDAC1 i mSin3A/YY1. Mniejsza niż normalnie ilość fosforylacji (hipofosforylacja) prowadzi do zmniejszenia ilości aktywności deacetylazy, ale zwiększa ilość tworzonych kompleksów. Badania mutacyjne wykazały, że główna fosforylacja zachodzi przy resztach Ser421 i Ser423. Istotnie, gdy reszty te zostały zmutowane, zaobserwowano drastyczny spadek aktywności deacetylazy. Ta różnica w stanie fosforylacji jest sposobem na utrzymanie optymalnego poziomu fosforylacji, aby zapewnić, że nie dochodzi do nadmiernej lub zbyt małej ekspresji deacetylacji. HDAC 1 i 2 zostały wykryte wyłącznie w jądrze komórkowym. U myszy z nokautem HDAC1 (KO) stwierdzono śmierć myszy podczas embriogenezy i wykazano drastyczną redukcję produkcji, ale zwiększoną ekspresję inhibitorów kinaz zależnych od cyklin (CDKI) p21 i p27. Nawet wzrost ekspresji innych HDAC klasy I nie mógł zrekompensować utraty HDAC1. Ta niezdolność do regeneracji po HDAC1 KO prowadzi badaczy do przekonania, że istnieją zarówno funkcjonalne unikalności dla każdego HDAC, jak i regulacyjne przejścia krzyżowe między czynnikami.
HDAC3Edit
HDAC3 został uznany za najbardziej zbliżony do HDAC8. HDAC3 zawiera niekonserwowany region w C-końcu, który okazał się być wymagany do represji transkrypcyjnej, jak również do aktywności deacetylazy. Zawiera również dwa regiony, jeden zwany sygnałem lokalizacji jądrowej (NLS), jak również sygnał eksportu jądrowego (NES). NLS funkcjonuje jako sygnał dla działania jądrowego, podczas gdy NES funkcjonuje w przypadku HDAC, które wykonują pracę poza jądrem. Obecność obu sygnałów dla HDAC3 sugeruje, że przemieszcza się on pomiędzy jądrem a cytoplazmą. Stwierdzono nawet, że HDAC3 wchodzi w interakcje z błoną plazmatyczną. Receptory SMRT (Silencing Mediator for Retinoic Acid and Thyroid Hormone) oraz czynniki N-CoR (Nuclear Receptor Co-Repressor) muszą być wykorzystane przez HDAC3 w celu jego aktywacji. W tym momencie uzyskuje on zdolność do ko-precypitacji z HDACs 4, 5 i 7. HDAC3 można również znaleźć w kompleksie z białkiem związanym z HDAC (HDRP). Stwierdzono, że HDAC 1 i 3 pośredniczą w interakcjach Rb-RbAp48, co sugeruje ich funkcjonowanie w progresji cyklu komórkowego. HDAC3 wykazuje również udział w samoodnowie komórek macierzystych i niezależną od transkrypcji rolę w mitozie.
HDAC8Edit
HDAC8 okazał się najbardziej podobny do HDAC3. Jego główną cechą jest domena katalityczna, która zawiera region NLS w centrum. Znaleziono dwa transkrypty tego HDAC, w tym transkrypt o wielkości 2,0 kb i 2,4 kb. W przeciwieństwie do innych cząsteczek HDAC, ten HDAC po oczyszczeniu okazał się być aktywny enzymatycznie. W tym momencie, ze względu na jego niedawne odkrycie, nie wiadomo jeszcze, czy jest on regulowany przez kompleksy białek korepresorowych. Northern blots ujawniły, że różne typy tkanek wykazują różny stopień ekspresji HDAC8, ale zaobserwowano ją w mięśniach gładkich i uważa się, że przyczynia się do kurczliwości.
Klasa II HDACsEdit
Klasa IIAEdit
Klasa IIA HDACs obejmuje HDAC4, HDAC5, HDAC7 i HDAC9. Stwierdzono, że HDAC 4 i 5 są najbardziej podobne do siebie, podczas gdy HDAC7 zachowuje podobieństwo do obu z nich. Odkryto trzy warianty HDAC9, w tym HDAC9a, HDAC9b i HDAC9c/HDRP, przy czym podejrzewa się, że jest ich więcej. Stwierdzono, że warianty HDAC9 wykazują podobieństwo do pozostałych HDAC klasy IIA. W przypadku HDAC9, warianty splicingowe mogą być postrzegane jako sposób na stworzenie „precyzyjnie dostrojonego mechanizmu” do różnicowania poziomu ekspresji w komórce. Różne typy komórek mogą wykorzystywać różne izoformy enzymu HDAC9, co pozwala na różne formy regulacji. HDAC 4, 5 i 7 mają swoje domeny katalityczne zlokalizowane na C-końcu wraz z regionem NLS, podczas gdy HDAC9 ma swoją domenę katalityczną zlokalizowaną na N-końcu. Jednakże wariant HDAC9 HDAC9c/HDRP nie posiada domeny katalitycznej, ale wykazuje 50% podobieństwo do N-końca HDAC 4 i 5.
Dla HDAC 4, 5 i 7 odkryto konserwatywne domeny wiążące, które wiążą się z C-końcowym białkiem wiążącym (CtBP), czynnikiem wzmacniającym miocyty 2 (MEF2) i 14-3-3. Wszystkie trzy HDAC działają w celu represji miogennego czynnika transkrypcyjnego MEF2, który odgrywa istotną rolę w różnicowaniu mięśni jako czynnik transkrypcyjny wiążący DNA. Wiązanie HDAC z MEF2 hamuje różnicowanie mięśni, co może być odwrócone przez działanie kinazy Ca2+/kalmodulinozależnej (CaMK), która działa w celu odłączenia kompleksu HDAC/MEF2 poprzez fosforylację części HDAC. Zaobserwowano, że są one zaangażowane w hipertrofię komórkową w różnicowaniu kontrolnym mięśni, jak również w hipertrofię komórkową w tkankach mięśniowych i chrzęstnych. Wykazano, że HDACs 5 i 7 działają w opozycji do HDAC4 podczas regulacji różnicowania mięśni w celu utrzymania właściwego poziomu ekspresji. Udowodniono, że te HDAC współdziałają również z HDAC3 jako czynnikiem współrekrutującym do czynników SMRT/N-CoR w jądrze komórkowym. Wykazano, że brak enzymu HDAC3 prowadzi do braku aktywności, co skłania badaczy do przypuszczeń, że HDACs 4, 5 i 7 pomagają w przyłączaniu rekrutów wiążących DNA do kompleksów HDAC3 zawierających HDAC zlokalizowanych w jądrze. Kiedy HDAC4 jest znokautowana u myszy, cierpią one na wyraźny przerost chondrocytów i umierają z powodu ekstremalnego kostnienia. Wykazano, że HDAC7 hamuje apoptozę zależną od Nur77. Ta interakcja prowadzi do roli w klonalnej ekspansji komórek T. Wykazano, że myszy HDAC9 KO cierpią na przerost serca, który jest nasilony u myszy, które są podwójnie KO dla HDAC 9 i 5.
Klasa IIBEdit
Klasa IIB HDACs obejmuje HDAC6 i HDAC10. Te dwa HDAC są najbardziej zbliżone do siebie w ogólnej sekwencji. Jednakże, domena katalityczna HDAC6 jest najbardziej podobna do HDAC9. Unikalną cechą HDAC6 jest to, że zawiera on dwie domeny katalityczne umieszczone jedna obok drugiej. Inną unikalną cechą HDAC6 jest związana z HDAC6-, SP3 i Brap2 domena motywu palca cynkowego (HUB) na C-końcu, która wykazuje pewne funkcje związane z ubikwitynacją, co oznacza, że ten HDAC jest podatny na degradację. HDAC10 posiada również dwie domeny katalityczne. Jedna domena aktywna znajduje się na N-końcu, a przypuszczalna domena katalityczna znajduje się na C-końcu wraz z domeną NES. W HDAC10 znaleziono również dwie domeny wiążące Rb, co wskazuje, że może on pełnić rolę w regulacji cyklu komórkowego. Znaleziono dwa warianty HDAC10, oba nieznacznie różniące się długością. HDAC6 jest jedynym HDAC, który oddziałuje na tubulinę, działając jako deacetylaza tubuliny, co pomaga w regulacji ruchliwości komórek zależnej od mikrotubul. Znajduje się głównie w cytoplazmie, ale wiadomo, że występuje również w jądrze, w kompleksie z HDAC11. HDAC10 działa na HDAC 1, 2, 3 (lub SMRT), 4, 5 i 7. Istnieją dowody na to, że może on mieć również niewielkie interakcje z HDAC6. Prowadzi to badaczy do przypuszczeń, że HDAC10 może funkcjonować bardziej jako czynnik rekrutujący niż jako czynnik deacetylacji. Jednak eksperymenty przeprowadzone z HDAC10 rzeczywiście wykazały aktywność deacetylacji.
Klasa IV HDACsEdit
HDAC11Edit
Wykazano, że HDAC11 jest spokrewniony z HDACs 3 i 8, ale jego ogólna sekwencja jest dość odmienna od pozostałych HDACs, co prowadzi do umieszczenia go w jego własnej kategorii. HDAC11 posiada domenę katalityczną zlokalizowaną na N-końcu. Nie został on włączony do żadnych kompleksów HDAC, takich jak Nurd czy SMRT, co oznacza, że może on pełnić specjalną, unikalną dla siebie funkcję. Stwierdzono, że HDAC11 pozostaje głównie w jądrze komórkowym.