Histonacetyltransferas (HATs)Edit
Histonacetyltransferaser, även kända som HATs, är en familj av enzymer som acetylerar histonstjärtarna i nukleosomen. Denna, och andra modifieringar, uttrycks utifrån de varierande tillstånden i den cellulära miljön. Många proteiner med acetylerande förmåga har dokumenterats och efter en tid kategoriserades de utifrån sekvenslikheter mellan dem. Dessa likheter är stora bland medlemmarna i en familj, men medlemmar från olika familjer uppvisar mycket små likheter. Några av de större familjer som hittills identifierats är följande:
GNAT-familjEdit
General Control Non-Derepressible 5 (Gcn5) -relaterade N-Acetyltransferaser (GNATs) är en av de många studerade familjerna med acetyleringsförmåga. Denna superfamilj omfattar faktorerna Gcn5 som ingår i SAGA-, SLIK-, STAGA-, ADA- och A2-komplexen, Gcn5L, p300/CREB-binding protein associated factor (PCAF), Elp3, HPA2 och HAT1. De viktigaste egenskaperna hos GNAT-familjen är HAT-domäner med en längd på cirka 160 rester och en bevarad bromodomän som har visat sig vara ett målmotiv för acetyl-lysin. Gcn5 har visat sig acetylera substrat när den är en del av ett komplex. Rekombinant Gcn5 har visat sig vara involverad i acetyleringen av H3-histonerna i nukleosomen. I mindre utsträckning har man funnit att den även acetylerar H2B- och H4-histoner när den är involverad i andra komplex. PCAF har förmågan att agera som ett HAT-protein och acetyla histoner, det kan acetyla icke-histonproteiner som är relaterade till transkription, samt agera som en koaktivator i många processer, inklusive myogenes, kärnreceptormedierad aktivering och aktivering genom tillväxtfaktorsignaler. Elp3 har förmågan att acetyla alla histonunderenheter och visar också på inblandning i RNA-polymeras II-holoenzymet.
MYST-familjenEdit
MOZ (Monocytic Leukemia Zinc Finger Protein), Ybf2/Sas3, Sas2 och Tip60 (Tat Interacting Protein) utgör alla MYST, en annan välkänd familj som uppvisar acetylerande förmåga. I denna familj ingår Sas3, essentiellt SAS-relaterat acetyltransferas (Esa1), Sas2, Tip60, MOF, MOZ, MORF och HBO1. Medlemmarna i denna familj har flera funktioner, inte bara med aktivering och tystnad av gener, utan påverkar också utvecklingen och har betydelse för mänskliga sjukdomar. Sas2 och Sas3 är involverade i transkriptionsdämpning, MOZ och TIF2 är involverade i bildandet av leukemiska transklokationsprodukter medan MOF är involverad i doseringskompensation i Drosophila. MOF påverkar också spermatogenesen hos möss eftersom den är involverad i expansionen av H2AX-fosforylering under meiosens leptoten- till pachytenstadier. HAT-domänerna för denna familj är cirka 250 rester som omfattar cysteinrika, zinkbindande domäner samt N-terminala kromodomäner. MYST-proteinerna Esa1, Sas2 och Sas3 finns i jäst, MOF finns i Drosophila och möss medan Tip60, MOZ, MORF och HBO1 finns hos människor. Tip60 har roller i regleringen av gentranskription, HBO har visat sig påverka DNA-replikationsprocessen, MORF kan acetyla fria histoner (särskilt H3 och H4) samt nukleosomala histoner.
p300/CBP-familjRedigera
Adenoviral E1A-associerat protein av 300 kDa (p300) och det CREB-bindande proteinet (CBP) utgör nästa familj av HATs. Denna familj av HAT:er innehåller HAT-domäner som är cirka 500 rester långa och innehåller bromodomäner samt tre cystein-histidinrika domäner som hjälper till med proteininteraktioner. Dessa HATs är kända för att acetyla alla histonunderenheter i nukleosomen. De har också förmågan att acetylera och förmedla icke-histonproteiner som är involverade i transkriptionen och är också involverade i cellcykeln, differentiering och apoptos.
Andra HATsRedigera
Det finns andra proteiner som har acetylerande förmågor men som skiljer sig i struktur från de tidigare nämnda familjerna. En HAT kallas steroidreceptor coactivator 1 (SRC1), som har en HAT-domän belägen i proteinets C-terminala ände tillsammans med en basisk helix-loop-helix och PAS A och PAS B-domäner med ett LXXLL-receptorinteragerande motiv i mitten. En annan är ATF-2 som innehåller en transkriptionsaktiveringsdomän (ACT-domän) och en grundläggande zipper-dna-bindningsdomän (bZip-domän) med en HAT-domän emellan. Den sista är TAFII250 som har en kinasdomän i den N-terminala regionen, två bromodominer belägna i den C-terminala regionen och en HAT-domän belägen däremellan.
Histondeacetylaser (HDACs)Redigera
Det finns totalt fyra klasser som kategoriserar histondeacetylaser (HDACs). I klass I ingår HDACs 1, 2, 3 och 8. Klass II är indelad i två undergrupper, klass IIA och klass IIB. Klass IIA omfattar HDACs 4, 5, 7 och 9 medan klass IIB omfattar HDACs 6 och 10. Klass III innehåller sirtuinerna och klass IV innehåller endast HDAC11. Klasserna av HDAC-proteiner delas upp och grupperas utifrån jämförelsen med sekvenshomologin hos Rpd3, Hos1 och Hos2 för HDAC:er i klass I, HDA1 och Hos3 för HDAC:er i klass II och sirtuinerna för HDAC:er i klass III.
Klass I HDACsEdit
HDAC1 & HDAC2Edit
HDAC1 & HDAC2 tillhör den första klassen av HDACs som är närmast besläktade med varandra. Genom att analysera de båda HDAC:ernas övergripande sekvenser visade sig deras likhet vara cirka 82 % homolog. Dessa enzymer har visat sig vara inaktiva när de är isolerade, vilket ledde till slutsatsen att de måste inkorporeras med kofaktorer för att aktivera sin deacetylasförmåga. Det finns tre huvudsakliga proteinkomplex som HDAC 1 & 2 kan inkorporera sig i. Dessa komplex är Sin3 (uppkallat efter sitt karakteristiska protein mSin3A), Nucleosome Remodelling and Deacetylating complex (NuRD) och Co-REST. Sin3-komplexet och NuRD-komplexet innehåller båda HDAC 1 och 2, det Rb-associerade proteinet 48 (RbAp48) och RbAp46 som utgör kärnan i varje komplex. Andra komplex kan dock behövas för att initiera största möjliga mängd tillgänglig aktivitet. HDAC 1 och 2 kan också binda direkt till DNA-bindande proteiner som Yin and Yang 1 (YY1), Rb-bindande protein 1 och Sp1. HDAC 1 och 2 har visat sig uttrycka reglerande roller i viktiga cellcykelgener inklusive p21.
Aktiviteten hos dessa HDAC kan påverkas av fosforylering. En ökad mängd fosforylering (hyperfosforylering) leder till ökad deacetylasaktivitet, men försämrar komplexbildningen mellan HDACs 1 och 2 och mellan HDAC1 och mSin3A/YY1. En lägre än normal mängd fosforylering (hypofosforylering) leder till en minskad mängd deacetylasaktivitet, men ökar mängden komplexbildning. Mutationsstudier visade att den viktigaste fosforyleringen sker vid resterna Ser421 och Ser423. När dessa rester muterades sågs faktiskt en drastisk minskning av mängden deacetyleringsaktivitet. Denna skillnad i fosforyleringstillstånd är ett sätt att hålla en optimal fosforyleringsnivå för att se till att det inte sker någon över- eller underexpression av deacetylering. HDAC 1 och 2 har endast hittats uteslutande i kärnan. I HDAC1 knockout (KO)-möss konstaterades att mössen dog under embryogenesen och uppvisade en drastisk minskning av produktionen men ett ökat uttryck av Cyclin-Dependent Kinase Inhibitors (CDKIs) p21 och p27. Inte ens uppreglering av de andra klass I HDACs kunde kompensera för förlusten av HDAC1. Denna oförmåga att återhämta sig från HDAC1 KO leder forskarna till att tro att det finns både funktionell unikhet för varje HDAC och regulatorisk korsverkan mellan faktorerna.
HDAC3Edit
HDAC3 har visat sig vara närmast besläktad med HDAC8. HDAC3 innehåller en icke-konserverad region i den C-terminala regionen som visade sig vara nödvändig för transkriptionell repression samt dess deacetylasaktivitet. Den innehåller också två regioner, en som kallas Nuclear Localization Signal (NLS) samt en Nuclear Export Signal (NES). NLS fungerar som en signal för kärnverksamhet medan en NES fungerar med HDACs som utför arbete utanför kärnan. En närvaro av båda signalerna för HDAC3 tyder på att den färdas mellan kärnan och cytoplasman. HDAC3 har till och med visat sig interagera med plasmamembranet. Silencing Mediator for Retinoic Acid and Thyroid Hormone (SMRT)-receptorer och Nuclear Receptor Co-Repressor (N-CoR)-faktorer måste utnyttjas av HDAC3 för att den ska aktiveras. När den gör det får den förmågan att samprecipitera med HDAC 4, 5 och 7. HDAC3 kan också hittas komplexerad tillsammans med HDAC-relaterat protein (HDRP). HDAC 1 och 3 har visat sig förmedla Rb-RbAp48-interaktioner, vilket tyder på att den fungerar i cellcykelprogressionen. HDAC3 visar också inblandning i stamcellernas självförnyelse och en transkriptionsoberoende roll i mitos.
HDAC8Edit
HDAC8 har visat sig vara mest lik HDAC3. Dess främsta kännetecken är dess katalytiska domän som innehåller en NLS-region i mitten. Två transkript av denna HDAC har hittats vilka inkluderar ett 2,0kb transkript och ett 2,4kb transkript. Till skillnad från de andra HDAC-molekylerna visade sig denna HDAC vara enzymatiskt aktiv när den renades. På grund av att den nyligen upptäcktes vet man för närvarande inte om den regleras av co-repressorproteinkomplex. Northern blots har visat att olika vävnadstyper uppvisar olika grader av HDAC8-uttryck, men har observerats i glatt muskulatur och tros bidra till kontraktilitet.
Klass II HDACsEdit
Klass IIAEdit
Klass IIA HDACs omfattar HDAC4, HDAC5, HDAC7 och HDAC9. HDAC 4 och 5 har visat sig mest likna varandra medan HDAC7 upprätthåller en likhet med båda. Det har upptäckts tre varianter av HDAC9 inklusive HDAC9a, HDAC9b och HDAC9c/HDRP, medan fler har misstänkts. Varianterna av HDAC9 har visat sig ha likheter med resten av klass IIA HDACs. För HDAC9 kan splicingvarianterna ses som ett sätt att skapa en ”finjusterad mekanism” för differentiering av uttrycksnivåerna i cellen. Olika celltyper kan dra nytta av och använda olika isoformer av HDAC9-enzymet, vilket möjliggör olika former av reglering. HDAC 4, 5 och 7 har sina katalytiska domäner i C-terminalen tillsammans med en NLS-region medan HDAC9 har sin katalytiska domän i N-terminalen. HDAC9-varianten HDAC9c/HDRP saknar dock en katalytisk domän men har en 50-procentig likhet med N-terminus hos HDAC 4 och 5.
För HDAC 4, 5 och 7 har man upptäckt konserverade bindningsdomäner som binder till C-terminalt bindningsprotein (CtBP), myocytförstärkarefaktor 2 (MEF2) och 14-3-3. Alla tre HDACs verkar för att undertrycka den myogena transkriptionsfaktorn MEF2 som har en viktig roll i muskeldifferentiering som en DNA-bindande transkriptionsfaktor. HDAC:s bindning till MEF2 hämmar muskeldifferentieringen, vilket kan upphävas genom verkan av Ca2+/kalmodulinberoende kinas (CaMK) som verkar för att dissociera HDAC/MEF2-komplexet genom fosforylering av HDAC-delen. De har setts vara inblandade i cellulär hypertrofi vid differentiering av muskelkontroll samt cellulär hypertrofi i muskel- och broskvävnader. HDAC 5 och 7 har visat sig arbeta i opposition till HDAC4 under reglering av muskeldifferentiering för att hålla en korrekt uttrycksnivå. Det har funnits belägg för att dessa HDACs också interagerar med HDAC3 som en samrekryteringsfaktor till SMRT/N-CoR-faktorerna i kärnan. Frånvaro av enzymet HDAC3 har visat sig leda till inaktivitet, vilket gör att forskarna tror att HDAC 4, 5 och 7 hjälper till att inkorporera DNA-bindande rekryteringsfaktorer för de HDAC3-innehållande HDAC-komplexen som finns i kärnan. När HDAC4 slås ut hos möss drabbas de av en uttalad kondrocythypertrofi och dör på grund av extrem förbening. HDAC7 har visat sig undertrycka Nur77-beroende apoptos. Denna interaktion leder till en roll i klonalexpansionen av T-celler. Det har visats att HDAC9 KO-möss lider av hjärthypertrofi som förvärras hos möss som är dubbelt KO för HDAC 9 och 5.
Klass IIBEdit
De HDACs som ingår i klass IIB inkluderar HDAC6 och HDAC10. Dessa två HDACs är närmast besläktade med varandra i övergripande sekvens. HDAC6:s katalytiska domän är dock mest lik HDAC9. En unik egenskap hos HDAC6 är att den innehåller två katalytiska domäner i tandem av varandra. En annan unik egenskap hos HDAC6 är den HDAC6-, SP3- och Brap2-relaterade zinkfingermotivdomänen (HUB) i C-terminus som visar vissa funktioner relaterade till ubiquitinering, vilket innebär att denna HDAC är benägen att brytas ned. HDAC10 har också två katalytiska domäner. En aktiv domän finns i N-terminus och en förmodad katalytisk domän finns i C-terminus tillsammans med en NES-domän. Två förmodade Rb-bindande domäner har också hittats på HDAC10 vilket visar att den kan ha roller i regleringen av cellcykeln. Två varianter av HDAC10 har hittats, båda med små skillnader i längd. HDAC6 är den enda HDAC som visat sig verka på tubulin och fungerar som ett tubulin-deacetylas som bidrar till regleringen av mikrotubuliberoende cellmotilitet. Den återfinns oftast i cytoplasman men man har vetat att den finns i kärnan, komplexerad tillsammans med HDAC11. HDAC10 har setts verka på HDAC 1, 2, 3 (eller SMRT), 4, 5 och 7. Vissa bevis har visat att den också kan ha små interaktioner med HDAC6. Detta får forskarna att tro att HDAC10 kan fungera mer som en rekryterare än som en faktor för deacetylering. Experiment som utförts med HDAC10 visade dock faktiskt deacetyleringsaktivitet.
Klass IV HDACsEdit
HDAC11Edit
HDAC11 har visat sig vara besläktad med HDACs 3 och 8, men dess övergripande sekvens skiljer sig ganska mycket från de andra HDACs, vilket leder till att den hamnar i en egen kategori. HDAC11 har en katalytisk domän belägen i sin N-terminus. Den har inte hittats inkorporerad i några HDAC-komplex som Nurd eller SMRT, vilket innebär att den kan ha en speciell funktion som är unik för sig själv. Det har visat sig att HDAC11 huvudsakligen stannar kvar i kärnan.