Histone acetiltransferaza (HATs)Edit
Histone Acetiltransferazele, cunoscute și sub numele de HATs, sunt o familie de enzime care acetilează cozile histonice ale nucleozomului. Aceasta, precum și alte modificări, sunt exprimate în funcție de stările variabile ale mediului celular. Multe proteine cu abilități de acetilare au fost documentate și, după un timp, au fost clasificate pe baza similitudinilor de secvență dintre ele. Aceste similitudini sunt mari între membrii unei familii, dar membrii din familii diferite prezintă foarte puține asemănări. Unele dintre cele mai importante familii identificate până în prezent sunt următoarele.
Familia GNATEdit
General Control Non-Derepressible 5 (Gcn5) -related N-Acetyltransferases (GNATs) este una dintre numeroasele familii studiate cu abilități de acetilare. Această superfamilie include factorii Gcn5, care este inclus în complexele SAGA, SLIK, STAGA, ADA și A2, Gcn5L, factorul asociat proteinei de legare p300/CREB (PCAF), Elp3, HPA2 și HAT1. Caracteristicile majore ale familiei GNAT includ domenii HAT cu o lungime de aproximativ 160 de reziduuri și un bromodomeniu conservat care s-a dovedit a fi un motiv de direcționare a acetil-lizinei. S-a demonstrat că Gcn5 acetila substraturile atunci când face parte dintr-un complex. S-a constatat că Gcn5 recombinant este implicat în acetilarea histonelor H3 din nucleosom. Într-o măsură mai mică, s-a constatat că acetila și histonele H2B și H4 atunci când este implicat în alte complexe. PCAF are capacitatea de a acționa ca o proteină HAT și de a acetila histone, poate acetila proteine non-histone legate de transcripție, precum și de a acționa ca un coactivator în multe procese, inclusiv în miogeneză, activarea mediată de receptorii nucleari și activarea semnalată de factorii de creștere. Elp3 are capacitatea de a acetila toate subunitățile histonice și prezintă, de asemenea, implicare în holoenzima ARN polimerazei II.
Familia MYSTEdit
MOZ (Monocytic Leukemia Zinc Finger Protein), Ybf2/Sas3, Sas2 și Tip60 (Tat Interacting Protein) alcătuiesc MYST, o altă familie bine cunoscută care prezintă capacități de acetilare. Această familie include Sas3, acetiltransferaza esențială legată de SAS (Esa1), Sas2, Tip60, MOF, MOZ, MORF și HBO1. Membrii acestei familii au funcții multiple, nu numai cu activarea și reducerea la tăcere a genelor, ci afectează și dezvoltarea și au implicații în bolile umane. Sas2 și Sas3 sunt implicați în reducerea la tăcere a transcripției, MOZ și TIF2 sunt implicați în formarea produselor de translocație leucemică, în timp ce MOF este implicat în compensarea dozării la Drosophila. MOF influențează, de asemenea, spermatogeneza la șoareci, deoarece este implicat în extinderea fosforilării H2AX în timpul etapelor de la leptotene la pachitene ale meiozei. Domeniile HAT pentru această familie au aproximativ 250 de reziduuri care includ domenii bogate în cisteină, domenii de legare a zincului, precum și cromodomane N-terminale. Proteinele MYST Esa1, Sas1, Sas2 și Sas3 se găsesc la drojdie, MOF se găsește la Drosophila și la șoareci, în timp ce Tip60, MOZ, MORF și HBO1 se găsesc la om. Tip60 joacă un rol în reglarea transcripției genice, s-a constatat că HBO are un impact asupra procesului de replicare a ADN-ului, iar MORF este capabilă să acetilizeze histonele libere (în special H3 și H4), precum și histonele nucleosomale.
Familia p300/CBPEdit
Proteina asociată cu E1A adenoviral de 300kDa (p300) și proteina de legare a CREB (CBP) alcătuiesc următoarea familie de HAT-uri. Această familie de HAT-uri conține domenii HAT care au o lungime de aproximativ 500 de reziduuri și conțin bromodomane, precum și trei domenii bogate în cisteină-histidină care ajută la interacțiunea cu proteinele. Se știe că aceste HAT-uri acetilează toate subunitățile de histone din nucleosom. Ele au, de asemenea, capacitatea de a acetila și de a media proteinele non-histonice implicate în transcripție și sunt, de asemenea, implicate în ciclul celular, diferențiere și apoptoză.
Alte HAT-uriEdit
Există și alte proteine care au abilități de acetilare, dar care diferă în structură de familiile menționate anterior. O HAT se numește coactivator 1 al receptorilor de steroizi (SRC1), care are un domeniu HAT situat la capătul C-terminal al proteinei, împreună cu un helix-bucle-helix de bază și domeniile PAS A și PAS B cu un motiv de interacțiune cu receptorul LXXLL în mijloc. Un altul este ATF-2, care conține un domeniu de activare transcripțională (ACT) și un domeniu de legare a ADN-ului de tip fermoar de bază (bZip) cu un domeniu HAT între ele. Ultimul este TAFII250 care are un domeniu kinazic în regiunea N-terminală, două bromodomane situate în regiunea C-terminală și un domeniu HAT situat între ele.
Histone deacetilaze (HDACs)Edit
Există în total patru clase care clasifică histone deacetilazele (HDACs). Clasa I include HDAC-urile 1, 2, 3 și 8. Clasa II este împărțită în două subgrupe, clasa IIA și clasa IIB. Clasa IIA include HDAC-urile 4, 5, 7 și 9, în timp ce clasa IIB include HDAC-urile 6 și 10. Clasa III conține Sirtuine, iar clasa IV conține doar HDAC11. Clasele de proteine HDAC sunt împărțite și grupate pe baza comparației cu omologiile de secvență ale Rpd3, Hos1 și Hos2 pentru HDAC-urile din clasa I, HDA1 și Hos3 pentru HDAC-urile din clasa II și sirtuinele pentru HDAC-urile din clasa III.
HDACs de clasa IEdit
HDAC1 & HDAC2Edit
HDAC1 & HDAC2 fac parte din prima clasă de HDACs sunt cel mai strâns înrudite între ele. Analizând secvențele globale ale celor două HDAC-uri, s-a constatat că similaritatea lor este de aproximativ 82% omoloage. S-a constatat că aceste enzime sunt inactive atunci când sunt izolate, ceea ce a dus la concluzia că ele trebuie să fie încorporate cu cofactori pentru a-și activa capacitățile de deacetilază. Există trei complexe proteice majore în care HDAC 1 & 2 se pot încorpora. Aceste complexe includ Sin3 (denumit după proteina sa caracteristică mSin3A), complexul de remodelare și deacetilare a nucleozomilor (NuRD) și Co-REST. Complexul Sin3 și complexul NuRD conțin amândouă HDAC-urile 1 și 2, proteina 48 asociată cu Rb (RbAp48) și RbAp46, care alcătuiesc nucleul fiecărui complex. Totuși, este posibil să fie necesare și alte complexe pentru a iniția cantitatea maximă posibilă de activitate disponibilă. HDAC-urile 1 și 2 se pot lega, de asemenea, direct de proteinele de legare a ADN-ului, cum ar fi Yin și Yang 1 (YY1), proteina de legare a Rb 1 și Sp1. S-a constatat că HDAC-urile 1 și 2 exprimă roluri de reglementare în genele cheie ale ciclului celular, inclusiv p21.
Activitatea acestor HDAC-uri poate fi afectată de fosforilare. O cantitate crescută de fosforilare (hiperfosforilare) duce la creșterea activității deacetilazei, dar degradează formarea complexelor între HDACs 1 și 2 și între HDAC1 și mSin3A/YY1. O cantitate de fosforilare mai mică decât cea normală (hipofosforilare) duce la o scădere a cantității de activitate de deacetilază, dar crește cantitatea de formare a complexelor. Studiile de mutație au constatat că fosforilarea majoră are loc la reziduurile Ser421 și Ser423. Într-adevăr, atunci când aceste reziduuri au fost mutate, s-a observat o reducere drastică a cantității de activitate de deacetilare. Această diferență în starea de fosforilare este o modalitate de a menține un nivel optim de fosforilare pentru a se asigura că nu există o expresie excesivă sau insuficientă a deacetilării. HDAC-urile 1 și 2 au fost găsite exclusiv în nucleu. La șoarecii knock-out (KO) HDAC1, s-a constatat că șoarecii mor în timpul embriogenezei și au prezentat o reducere drastică a producției, dar o expresie crescută a inhibitorilor de kinază dependenți de cicline (CDKI) p21 și p27. Nici măcar o suprareglementare a altor HDAC-uri de clasa I nu a putut compensa pierderea HDAC1. Această incapacitate de a se recupera în urma unui KO al HDAC1 îi determină pe cercetători să creadă că există atât unicitatea funcțională a fiecărei HDAC, cât și o interacțiune încrucișată de reglementare între factori.
HDAC3Edit
S-a constatat că HDAC3 este cel mai strâns înrudit cu HDAC8. HDAC3 conține o regiune neconservată în regiunea C-terminală care s-a dovedit a fi necesară pentru represiunea transcripțională, precum și pentru activitatea sa deacetilază. De asemenea, conține două regiuni, una numită semnal de localizare nucleară (NLS), precum și un semnal de export nuclear (NES). NLS funcționează ca un semnal pentru acțiunea nucleară, în timp ce un NES funcționează cu HDAC-uri care își desfășoară activitatea în afara nucleului. Prezența ambelor semnale pentru HDAC3 sugerează că aceasta se deplasează între nucleu și citoplasmă. S-a constatat chiar că HDAC3 interacționează cu membrana plasmatică. Mediatorul de silențiozitate pentru receptorii SMRT (Silencing Mediator for Retinoic Acid and Thyroid Hormone) și factorii N-CoR (Nuclear Receptor Co-Repressor) trebuie să fie folosiți de HDAC3 pentru a-l activa. În acest fel, acesta capătă capacitatea de a se co-precipita cu HDAC-urile 4, 5 și 7. HDAC3 poate fi găsit, de asemenea, complexat împreună cu proteina legată de HDAC (HDRP). S-a constatat că HDAC-urile 1 și 3 mediază interacțiunile Rb-RbAp48, ceea ce sugerează că funcționează în progresia ciclului celular. HDAC3 prezintă, de asemenea, o implicare în auto-reînnoirea celulelor stem și un rol independent de transcripție în mitoză.
HDAC8Edit
HDAC8 s-a dovedit a fi cel mai asemănător cu HDAC3. Caracteristica sa majoră este domeniul său catalitic care conține o regiune NLS în centru. Au fost găsite două transcripții ale acestei HDAC care includ un transcript de 2,0kb și un transcript de 2,4kb. Spre deosebire de alte molecule HDAC, atunci când este purificată, această HDAC s-a dovedit a fi activă din punct de vedere enzimatic. În acest moment, din cauza descoperirii sale recente, nu se știe încă dacă este reglată de complexe proteice co-represoare. Northern blots au arătat că diferite tipuri de țesuturi prezintă grade diferite de expresie a HDAC8, dar a fost observată în mușchii netezi și se crede că contribuie la contractilitate.
HDACs de clasa IIEdit
HDACs de clasa IIAEdit
HDACs de clasa IIA include HDAC4, HDAC5, HDAC7 și HDAC9. S-a constatat că HDAC-urile 4 și 5 se aseamănă cel mai mult între ele, în timp ce HDAC7 păstrează o asemănare cu ambele. Au fost descoperite trei variante ale HDAC9, inclusiv HDAC9a, HDAC9b și HDAC9c/HDRP, în timp ce alte variante au fost suspectate. S-a constatat că variantele HDAC9 au asemănări cu restul HDAC-urilor din clasa IIA. În cazul HDAC9, variantele de splicing pot fi văzute ca o modalitate de a crea un „mecanism bine reglat” pentru diferențierea nivelurilor de expresie în celulă. Diferite tipuri de celule pot profita și utiliza diferite izoforme ale enzimei HDAC9, permițând diferite forme de reglare. HDAC-urile 4, 5 și 7 au domeniile lor catalitice situate în partea C-terminală împreună cu o regiune NLS, în timp ce HDAC9 are domeniul catalitic situat în partea N-terminală. Cu toate acestea, varianta HDAC9 HDAC9c/HDRP nu are un domeniu catalitic, dar are o asemănare de 50% cu extremitatea N-terminală a HDAC-urilor 4 și 5.
Pentru HDAC-urile 4, 5 și 7, au fost descoperite domenii de legare conservate care se leagă de proteina de legare C-terminală (CtBP), de factorul de intensificare a miocitelor 2 (MEF2) și de 14-3-3. Toate cele trei HDAC acționează pentru a reprima factorul de transcripție miogenică MEF2, care are un rol esențial în diferențierea musculară, fiind un factor de transcripție care leagă ADN-ul. Legarea HDAC-urilor la MEF2 inhibă diferențierea musculară, care poate fi inversată prin acțiunea kinazei dependente de Ca2+/calmodulină (CaMK), care acționează pentru a disocia complexul HDAC/MEF2 prin fosforilarea porțiunii HDAC. S-a constatat că acestea sunt implicate în hipertrofia celulară în diferențierea controlului muscular, precum și în hipertrofia celulară în țesuturile musculare și cartilaginoase. S-a demonstrat că HDAC-urile 5 și 7 acționează în opoziție cu HDAC4 în timpul reglării diferențierii musculare, astfel încât să mențină un nivel adecvat de expresie. Au existat dovezi că aceste HDAC interacționează, de asemenea, cu HDAC3 ca factor de co-recrutare a factorilor SMRT/N-CoR din nucleu. Absența enzimei HDAC3 s-a dovedit a duce la inactivitate, ceea ce îi face pe cercetători să creadă că HDAC-urile 4, 5 și 7 contribuie la încorporarea factorilor de recrutare care se leagă de ADN pentru complexele HDAC care conțin HDAC3 situate în nucleu. Atunci când HDAC4 este eliminată la șoareci, aceștia suferă de o hipertrofie pronunțată a condrocitelor și mor din cauza osificării extreme. S-a demonstrat că HDAC7 suprimă apoptoza dependentă de Nur77. Această interacțiune conduce la un rol în expansiunea clonală a celulelor T. S-a demonstrat că șoarecii HDAC9 KO suferă de hipertrofie cardiacă, care este exacerbată la șoarecii care sunt dublu KO pentru HDAC-urile 9 și 5.
Clasa IIBEdit
HDAC-urile din clasa IIB includ HDAC6 și HDAC10. Aceste două HDAC-uri sunt cele mai apropiate între ele în ceea ce privește secvența generală. Cu toate acestea, domeniul catalitic al HDAC6 este cel mai asemănător cu HDAC9. O caracteristică unică a HDAC6 este faptul că conține două domenii catalitice în tandem unul față de celălalt. O altă trăsătură unică a HDAC6 este domeniul cu motiv de deget de zinc (HUB) legat de HDAC6, SP3 și Brap2 din extremitatea C-terminală, care prezintă unele funcții legate de ubiquitinare, ceea ce înseamnă că această HDAC este predispusă la degradare. HDAC10 are, de asemenea, două domenii catalitice. Un domeniu activ este situat în extremitatea N-terminală și un domeniu catalitic putativ este situat în extremitatea C-terminală împreună cu un domeniu NES. Două domenii putative de legare la Rb au fost, de asemenea, găsite pe HDAC10, ceea ce arată că ar putea avea roluri în reglarea ciclului celular. Au fost găsite două variante ale HDAC10, ambele având ușoare diferențe de lungime. HDAC6 este singura HDAC despre care s-a demonstrat că acționează asupra tubulinei, acționând ca o deacetilază a tubulinei care contribuie la reglarea motilității celulare dependente de microtubuli. Se găsește în principal în citoplasmă, dar se știe că se găsește și în nucleu, complexată împreună cu HDAC11. S-a observat că HDAC10 acționează asupra HDAC-urilor 1, 2, 3 (sau SMRT), 4, 5 și 7. S-a demonstrat că ar putea avea, de asemenea, mici interacțiuni cu HDAC6. Acest lucru îi determină pe cercetători să creadă că HDAC10 poate funcționa mai degrabă ca un factor de recrutare decât ca un factor de deacetilare. Cu toate acestea, experimentele efectuate cu HDAC10 au arătat, într-adevăr, o activitate de deacetilare.
HDACs de clasa IVEdit
HDAC11Edit
S-a demonstrat că HDAC11 este înrudită cu HDACs 3 și 8, dar secvența sa generală este destul de diferită de celelalte HDACs, ceea ce o face să fie în propria sa categorie. HDAC11 are un domeniu catalitic situat în extremitatea sa N-terminală. Nu a fost găsit încorporat în niciun complex HDAC, cum ar fi Nurd sau SMRT, ceea ce înseamnă că ar putea avea o funcție specială, unică pentru el însuși. S-a constatat că HDAC11 rămâne în principal în nucleu.
.