Acetylacja histonów
najczęściej badane białka, które są acetylowane na reszt ε-lizyny, obejmują histony H2A, H2B, Hg i H4, w których modyfikacja zachodzi w wielu miejscach w amino-końcowych domenach ogonowych, oraz białka HMG, które znajdują się w różnych eukariotach, od drożdży po ludzi . Ważną cechą acetylacji reszt ε-lizyny jest to, że jest odwracalna. Histony są często poddawane modyfikacjom potranslacyjnym, które obejmują acetylację, metylację i fosforylację specyficznych reszt argininy, lizyny, histydyny, seryny i treoniny . Te modyfikacje, z których wiele jest również odwracalnych, wszystkie zmniejszają dodatnie ładunki histonowych struktur ogonowych, co znacząco zmienia Wiązanie histonu z DNA i interakcje między nukleosomami oraz między histonami a białkami regulatorowymi. Odkrycia Gcn5p, pierwszej nuklearnej acetylotransferazy histonowej (HAT) i pierwszej deacetylazy histonowej (HDAC), wykazały, że acetylacja histonów jest ważnym etapem kontrolującym transkrypcję . Niektóre Kapelusze nuklearne są również dobrze znane i szeroko scharakteryzowane jako czynniki transkrypcyjne. Nic dziwnego, że acetylacja histonów wydaje się wpływać na inne procesy, w tym progresję cyklu komórkowego, dynamikę chromosomów, replikację DNA, rekombinację i naprawę, wyciszanie i apoptozę . Pomimo znacznego gromadzenia informacji na temat kapeluszy, zrozumienie precyzyjnej roli molekularnej acetylacji histonów w montażu chromatyny, dostępność czynników transkrypcyjnych i przebudowa nukleosomów jest nadal nieuchwytna.
istnieje ponad 20 kapeluszy, które należą do kilku rodzin, wymienionych w tabeli 1. Wszystkie kapelusze działają w specyficzny dla miejsca i specyficzny dla histonów sposób, a specyficzność może się różnić in vivo i in vitro; taka różnorodność, która może pomóc wyjaśnić, dlaczego jest tak wiele kapeluszy. Co ciekawe, niektóre kapelusze są związane z innymi kapeluszami i koaktywizatorami, co sugeruje warstwę złożoności, która nie jest jeszcze zrozumiana. Ważne jest jednak, aby zauważyć, że równowaga w stanie stacjonarnym acetylacji histonów wydaje się wywierać różny wpływ na różne geny w różnych warunkach. Wyrównanie sekwencji aminokwasowych otaczających zmodyfikowane lizyny w acetylowanych białkach i mutageneza ludzkiego białka rch1 importin-α sugerują, że motywem rozpoznawania HAT może być GKXXP (w jednoliterowym kodzie aminokwasowym, z acetylowaną pozostałością ε-lizyny pogrubioną czcionką) .
deacetylazy Histonowe
zidentyfikowano dużą liczbę Hdac, z których wiele działa jako korepresory transkrypcji . Drożdżowe deacetylazy rpd3p i Hda1p są rekrutowane przez białka represorowe do promotorów, powodując miejscową deacetylację chromatyny . Wyspecjalizowane regiony chromatyny, w tym telomery, centromery i ciche loci typu godowego drożdży, są transkrypcyjnie nieaktywne i tworzą hipoacetylowane domeny podobne do heterochromatyny (szczelnie opakowane). Tworzenie heterochromatyny w drożdżach odbywa się za pośrednictwem białek wyciszających Sir2p, Sir3p i Sir4p; Sir2p wykazuje aktywność HDAC. Co ciekawe, deacetylazy są wykrywane w niektórych kompleksach chromatyny-remodeling, które regulują zmiany w strukturze chromatyny, wraz z kapeluszami. Niewiele wiadomo o specyficzności Hdac, chociaż stwierdzono, że HDACi mogą deacetylować nie tylko histony, ale także czynnik transkrypcyjny E2F1 .
Acetylacja białek HMG
białka HMG są heterogeniczną rodziną niezhistonowych białek chromosomalnych, których funkcja nadal nie jest całkowicie poznana, pomimo ich obfitości i wszechobecności. Podzbiór tych białek zawiera domenę HMG, motyw wiążący DNA, który rozpoznaje wygięte DNA lub indukuje zginanie w liniowym DNA duplex. Dwie modyfikacje potranslacyjne, a mianowicie fosforylacja i acetylacja, wpływają na właściwości wiążące DNA HMG1. Białko to jest odwracalnie acetylowane w konserwowanych lizynach w pozycjach 2 i 11 i wykazano, że monoacetylacja w lizynie 2 HMG1 zwiększa powinowactwo wiązania białka do niektórych rodzajów zniekształconego DNA . Wskazuje to na możliwy udział HMG1 w naprawie DNA, oddzielony od jego „architektonicznej” roli w kompleksach nukleoproteinowych. Ponadto, HMG1 i HMG2 były zaangażowane w interakcje białko-białko i wykazano, że ułatwiają specyficzne wiązanie białek regulacyjnych-takich jak receptory hormonów steroidowych, białka Hox i domeny POU (czynniki transkrypcyjne rozwoju), p53 (supresor nowotworu) i podstawowe czynniki transkrypcyjne wiążące TATA box-do ich docelowych sekwencji DNA .
Acetylacja czynników transkrypcyjnych
w jądrze DNA jest szczelnie zapakowane w kilka rzędów struktury, bez łatwego dostępu do maszynerii transkrypcyjnej. Acetylacja reszt lizyny w histonach, białkach podobnych do histonów i białkach niehistonowych (takich jak czynniki transkrypcyjne) niedawno pojawiła się jako główny mechanizm wykorzystywany przez komórkę do przezwyciężania stłumionych Stanów chromatyny . Kilka czynników transkrypcyjnych zostało zidentyfikowanych jako substraty dla HATs, szczególnie dla białka wiążącego CREB (CBP) i jego bliskiego homologa p300, które są kofaktorami transkrypcji genów aktywowanych przez receptory jądrowe i czynnika związanego z P300 / CBP (PCAF). Te białka substratowe obejmują aktywatory transkrypcyjne E2F1-3 (zaangażowane w progresję poprzez przejście cyklu komórkowego G1/s), P53, C-Jun (czynnik transkrypcyjny zaangażowany w Odpowiedź na mitogeny), erytroidalny czynnik transkrypcyjny Krüppela (EKLF), transkrypcyjny koaktywator GATA1 wymagany do różnicowania megakariocytów i erytrocytów, regulator różnicowania specyficznego dla mięśni MyoD, produkt proto-onkogenu c-myb, białko HMG HMGI(Y), T-cell Factor regulowany aktywator transkrypcji TCF (który jest dalej niż białka sygnałowe WNT), czynnik jądrowy hepatocytów HNF-4, ogólne czynniki transkrypcyjne TFIIEß i TFIIF, erytrocytowy czynnik transkrypcyjny NF-E2 (MafG) i koactivator receptora jądrowego hormonu steroidowego ACTR ( i odniesienia do nich). Lista nowych substratów kapelusza szybko rośnie. Acetylacja czynników transkrypcyjnych może zmieniać ich zdolność do wiązania DNA (w przypadkach E2F1, p53, EKLF, GATA1 i HNF-4), do interakcji z innymi białkami (c-Jun, TCF, ACTR i HNF-4) lub do pozostania w jądrze (HNF-4). Ponadto PCAF, p300 i CBP mogą autoacetylować, ułatwiając wewnątrzcząsteczkowe zmiany między bromodomainą (która wiąże Acetylo-lizynę) a acetylowaną lizyną (- ami); ta interakcja może być ważna dla aktywności HAT i rekrutacji kompleksów przebudowujących do acetylowanej chromatyny .
wpływ acetylacji na funkcję wiązania DNA z białkiem zależy od lokalizacji zmodyfikowanego miejsca w białku. W przypadku czynników transkrypcyjnych p53, E2F1, EKLF i GATA-1, miejsce acetylacji znajduje się bezpośrednio w sąsiedztwie domeny wiążącej DNA, a acetylacja stymuluje Wiązanie DNA . W przeciwieństwie do tego, lizyny acetylowane w obrębie HMGI (Y) znajdują się w domenie wiążącej DNA i powodują zakłócenia wiązania DNA. Tak więc acetylacja nie zawsze stymuluje transkrypcję.
Acetylacja wpływa również na interakcje białko-białko. Na przykład związek nuklearnych receptorów hormonów steroidowych z ich koaktywatorem ACTR jest hamowany przez acetylację . Najwyraźniej acetylacja histonów generuje miejsce rozpoznawania bromodomeny, motywu zachowanego w wielu białkach, w tym kapeluszach . Acetylacja histonów może poprzedzać rekrutację aktywności chromatyny zależnej od ATP podczas aktywacji transkrypcyjnej. W szczególności, HAT Gcn5p bierze udział w stabilizowaniu wiązania kompleksu przebudowy chromatyny SWI/SNF do promotora, a interakcja ta wydaje się być pośredniczona przez bromodomenę gcn5p . Istnieją pewne dowody, na przykładzie czynnika transkrypcyjnego E2F1, że acetylacja zwiększa okres półtrwania białka .
Acetylacja atomowych czynników importowych
może również dotyczyć innych białek jądrowych. Badanie przesiewowe dużego zestawu białek zaangażowanych w różne procesy komórkowe doprowadziło do identyfikacji dwóch białek importowych, rch1 i importin-α7, jako substratów dla acetylotransferazy CBP . Reakcja wydawała się specyficzna, ponieważ inny czynnik importu jądrowego, importin-α3, nie był substratem dla CBP. Zarówno p300, jak i CBP mogą pośredniczyć w acetylacji Rch1 i importin-α7 in vivo, najprawdopodobniej w jądrze. Acetylowana pozostałość, ε-Lys22, znajduje się w miejscu wiązania W Rch1 dla innego jądrowego czynnika importowego, importin-β, a acetylacja miejsca sprzyja interakcji z importin-β in vitro . W związku z tym możliwe jest, że import jądrowy może być regulowany przez acetylację, za pośrednictwem kapeluszy p300/CBP.
ukierunkowanie enzymów HAT na ich substraty jest prawdopodobnie ważne i może odgrywać rolę w regulacji przez inne szlaki sygnałowe, na co wskazuje odkrycie, że fosforylacja p53 stymuluje jego acetylację, prawdopodobnie poprzez zwiększenie związku p53 z p300 . Niektóre dowody wskazują, że aktywność kapeluszy jest regulowana przez sygnały proliferacji i różnicowania , poprzez fosforylację lub sygnalizację hormonalną. Na przykład aktywność HAT CBP jest stymulowana na granicy fazy G1 – s cyklu komórkowego, a indukowana hormonalnie acetylacja ACTR tłumi funkcję receptora jądrowego. Łącznie wyniki te doprowadziły do hipotezy, że acetylacja jest modyfikacją regulatorową, która może konkurować z fosforylacją w sygnalizacji komórkowej .
Acetylacja tubuliny
mikrotubule są cylindrycznymi strukturami cytoszkieletu, które znajdują się w prawie wszystkich typach komórek eukariotycznych i biorą udział w wielu różnych procesach komórkowych, w tym mitozie, ruchliwości rzęskowej i wiciowej, wewnątrzkomórkowym transporcie pęcherzyków i organelli oraz prawdopodobnie w określaniu morfologii niektórych komórek . Strukturalną jednostką podrzędną mikrotubul jest tubulina białkowa o masie 100 kDa, która składa się z izoform α i β, które tworzą kompleksy heterodimeryczne i łączą głowę z ogonem, tworząc profilamenty, a następnie poprzecznie tworząc ściany cylindrycznych mikrotubul. Kilka rodzajów modyfikacji potranslacyjnych wpływa na funkcję tubuliny, w tym acetylację, fosforylację, poliglutamację, poliglicylację i detyrozynację . Większość tych modyfikacji jest odwracalna i wszystkie, z wyjątkiem acetylacji, występują na silnie zmiennych końcach karboksylowych podjednostek tubuliny α i β.
pierwsze dowody acetylacji tubulin uzyskano za pomocą flagellarnej tubuliny z jednokomórkowej algi Polytomella . Acetylowanie tubuliny zaobserwowano od tego czasu u kręgowców, owadów, nicieni i roślin, u których Grupa acetylowa jest przyłączona do grupy ε-aminowej lizyny 40. Acetylotransferazę α-tubulin oczyszczono z wiciastych jednokomórkowych alg Chlamydomonas oraz z mózgu ssaków i wykazano, że masa cząsteczkowa wynosi 62-67 kDa . Podczas oczyszczania enzymu z Chlamydomonas uzyskano dowody na obecność deacetylazy tubulinowej i inhibitora acetylotransferazy α-tubulinowej. W Chlamydomonas acetylotransferaza tubulinowa wykazuje podwójną preferencję polimeryzacji nad rozpuszczalną tubuliną, ale w komórkach HeLa acetylacja zachodzi głównie po polimeryzacji . Ogólnie rzecz biorąc, acetylacja może nastąpić szybko-niemal natychmiast – i dlatego acetylowana tubulina niekoniecznie oddziela stare mikrotubule. Stwierdzono pewną korelację między acetylacją α-tubuliny a stabilnością mikrotubul . Acetylowane mikrotubule zwykle opierają się demontażowi indukowanemu przez leki, ale nie demontażowi indukowanemu na zimno, chociaż w niektórych komórkach podzbiór acetylowanych mikrotubul jest odporny na zimno . Nadal jednak nie jest jasne, w jaki sposób określa się wewnątrzkomórkową organizację przestrzenną acetylowanych mikrotubul. Mogą istnieć pewne czynniki ograniczające aktywność enzymu acetylotransferazy do niektórych mikrotubul komórkowych i do ograniczonych regionów: kandydatami do takich czynników są białka związane z mikrotubulami MAP1B, MAP2 i τ, które wzmacniają lub hamują interakcję acetylotransferazy z mikrotubulami . Inną możliwością jest to, że interakcja mikrotubul z innymi elementami cytoszkieletu lub organellami reguluje aktywność enzymu acetylotransferazy.
rola acetylowanych mikrotubul w komórkach pozostaje ważną kwestią bez odpowiedzi. Acetylowana tubulina nie jest wymagana do przeżycia, a mutant cyliatowej Tetrahymeny z lizyną 40 zastąpioną argininą jest nie do odróżnienia od typu dzikiego . Klonowanie i analiza wspomnianej powyżej acetylotransferazy α-tubulinowej 62-67 kDa będzie miała kluczowe znaczenie dla zrozumienia roli acetylacji α-tubuliny.