acetilarea histonelor
cele mai studiate proteine care sunt acetilate pe reziduurile de lizină-X-X includ histonele H2A, H2B, Hg și H4, în care modificarea are loc în mai multe situsuri din domeniile cozii amino-terminale și proteinele HMG, care se găsesc într-o varietate de eucariote de la drojdie la om . Caracteristica importantă a acetilării reziduurilor de lizină de la XV este că este reversibilă. Histonele sunt frecvent supuse unor modificări post-translaționale care includ acetilarea, metilarea și fosforilarea reziduurilor specifice de arginină, lizină, histidină, serină și treonină . Aceste modificări, dintre care multe sunt, de asemenea, reversibile, toate scad sarcinile pozitive ale structurilor cozii histonice, modificând astfel semnificativ legarea histonei-ADN și interacțiunile dintre nucleozomi și între histone și proteine reglatoare. Descoperirile Gcn5p, prima histonă acetiltransferază nucleară (HAT) și a primei histone deacetilază (HDAC), au stabilit că acetilarea histonelor este un pas important de control în transcriere . Unele dintre pălăriile nucleare sunt, de asemenea, bine cunoscute și caracterizate pe scară largă ca factori de transcripție. Nu este surprinzător că acetilarea histonei pare să influențeze alte procese, inclusiv progresia ciclului celular, dinamica cromozomilor, replicarea ADN-ului, recombinarea și repararea, tăcerea și apoptoza . În ciuda acumulării semnificative de informații despre pălării, înțelegerea rolului molecular precis al acetilării histonei în ansamblul cromatinei, accesibilitatea factorilor de transcripție și remodelarea nucleozomilor este încă evazivă.
există peste 20 de pălării care se încadrează în mai multe familii, enumerate în tabelul 1. Toate pălăriile acționează într-o manieră specifică site-ului și histonei, iar specificitatea poate diferi in vivo și in vitro; o astfel de diversitate care poate ajuta la explicarea de ce există atât de multe pălării. În mod remarcabil, unele pălării sunt asociate cu alte pălării și coactivatori, sugerând un strat de complexitate care nu este încă înțeles. Este important de menționat, totuși, că echilibrul la starea de echilibru a acetilării histonei pare să exercite efecte diferite asupra diferitelor gene în diferite setări. Alinierea secvențelor de aminoacizi care înconjoară lizinele modificate în proteinele acetilate și mutageneza proteinei umane importin-XV Rch1 sugerează că motivul de recunoaștere a pălăriei poate fi GKXXP (în codul de aminoacizi cu o singură literă, cu reziduul acetilat de lizină cu litere aldine) .
Histone deacetilaze
un număr mare de Hdac-uri au fost identificate acum, dintre care multe acționează ca corepresoare ale transcripției . Deacetilazele de drojdie Rpd3p și Hda1p sunt recrutate de proteinele represoare către promotori, provocând o deacetilare localizată a cromatinei . Regiunile specializate ale cromatinei, inclusiv telomerii, centromerii și locii silențioși de împerechere a drojdiei, sunt inactive transcripțional și formează domenii asemănătoare heterocromatinei hipoacetilate (strâns ambalate). Formarea heterocromatinei în drojdie este mediată de proteinele de tăcere Sir2p, Sir3p și Sir4p; S-a constatat că Sir2p are activitate HDAC. Interesant este că deacetilazele sunt detectate în unele complexe de remodelare a cromatinei, care reglează modificările structurii cromatinei, împreună cu pălăriile. Se știe puțin despre specificitatea HDACs, deși s-a constatat că HDACi poate deacetila nu numai histonele, ci și factorul de transcripție E2F1 .
acetilarea proteinelor HMG
proteinele HMG sunt o familie eterogenă de proteine cromozomiale non-histone a căror funcție nu este încă complet înțeleasă, în ciuda abundenței și omniprezenței lor. Un subset al acestor proteine conține domeniul HMG, un motiv de legare a ADN-ului care recunoaște ADN-ul îndoit sau induce îndoirea în ADN-ul duplex liniar. Două modificări post-translaționale, și anume fosforilarea și acetilarea, influențează proprietățile de legare a ADN-ului HMG1. Această proteină este acetilată reversibil la lizinele conservate în pozițiile 2 și 11 și s-a demonstrat că monoacetilarea la lizina 2 a HMG1 crește afinitatea de legare a proteinei pentru unele tipuri de ADN distorsionat . Aceasta indică posibila implicare a HMG1 în repararea ADN-ului, separat de rolul său arhitectural în complexele nucleoproteice. De asemenea, HMG1 și HMG2 au fost implicați în interacțiunile proteină-proteină și s – a demonstrat că facilitează legarea specifică a proteinelor reglatoare-cum ar fi receptorii hormonilor steroizi, proteinele din domeniul Hox și POU (factori de transcripție de dezvoltare), p53 (un supresor tumoral) și factorii de transcripție bazală care leagă cutia TATA-la secvențele lor ADN țintă .
acetilarea factorilor de transcripție
în nucleu, ADN-ul este strâns ambalat în mai multe ordine de structură, fără accesibilitate ușoară pentru mașinile de transcripție. Acetilarea reziduurilor de lizină în histone, proteine asemănătoare histonei și proteine non-histone (cum ar fi factorii de transcripție) a apărut recent ca un mecanism major utilizat de celulă pentru a depăși stările cromatinei reprimate . Mai mulți factori de transcripție au fost identificați ca substraturi pentru pălării, în special pentru proteina de legare a Crebului pălăriilor (CBP) și omologul său apropiat p300, care sunt cofactori ai transcripției genei activate de receptorul nuclear și factorul asociat p300/CBP (PCAF). Aceste proteine de substrat includ activatorii transcripționali E2F1-3 (implicați în progresia prin tranziția ciclului celular G1/S), P53, c-Jun (un factor de transcripție implicat în răspunsul la mitogeni), factorul de transcripție asemănător Eritroidului Krqaptpel (EKLF), COACTIVATORUL transcripțional GATA1 care este necesar pentru diferențierea megacariocitelor și eritrocitelor, regulatorul de diferențiere specific mușchilor MyoD, produsul proto-oncogen c-myb, proteina HMG HMGI(Y), activatorul de transcripție reglat cu factor de celule T TCF (care este în aval de proteinele de semnalizare wnt), factorul nuclear hepatocitar HNF-4, factorii generali de transcripție Tfiie și TFIIF, factorul de transcripție a eritrocitelor NF-E2(MafG) și COACTIVATORUL receptorilor nucleari ai hormonului steroid ACTR ( și referințele acestuia). Lista noilor substraturi de pălărie crește rapid. Acetilarea factorilor de transcripție le poate modifica capacitatea de a lega ADN-ul (în cazurile E2F1, p53, EKLF, GATA1 și HNF-4), de a interacționa cu alte proteine (C-Jun, TCF, ACTR și HNF-4) sau de a rămâne în nucleu (HNF-4). În plus, PCAF, p300 și CBP se pot autoacetila, facilitând rearanjările intramoleculare între bromodomain (care leagă acetil-lizina) și lizina acetilată(e); această interacțiune poate fi importantă pentru activitatea HAT și pentru recrutarea complexelor de remodelare la cromatina acetilată .
efectul acetilării asupra funcției proteinei de legare a ADN-ului depinde de localizarea situsului modificat în cadrul proteinei. În cazul factorilor de transcripție p53, e2f1, EKLF și GATA-1, Locul de acetilare este situat direct adiacent domeniului de legare a ADN-ului, iar acetilarea stimulează legarea ADN-ului . În schimb, lizinele acetilate în HMGI (Y) se află în domeniul de legare a ADN-ului și duc la întreruperea legării ADN-ului. Astfel, acetilarea nu stimulează întotdeauna transcrierea.acetilarea afectează, de asemenea, interacțiunile proteine-proteine. De exemplu, asocierea receptorilor hormonali steroizi nucleari cu ACTR-ul lor coactivator este inhibată prin acetilare . Aparent, acetilarea histonei generează un site de recunoaștere pentru bromodomain, un motiv conservat în multe proteine, inclusiv pălării . Acetilarea histonei poate preceda recrutarea activităților de remodelare a cromatinei dependente de ATP în timpul activării transcripționale. În special, HAT Gcn5p este implicat în stabilizarea legării complexului de remodelare a cromatinei SWI/SNF la un promotor, iar această interacțiune pare să fie mediată prin bromodomul Gcn5p . Există unele dovezi, exemplificate de factorul de transcripție E2F1, că acetilarea crește timpul de înjumătățire al proteinei .
acetilarea factorilor nucleari de import
pălăriile pot viza și alte proteine nucleare. Un ecran al unui set mare de proteine implicate în diferite procese celulare a avut ca rezultat identificarea a două proteine de import nucleare, Rch1 și importin-XV7, ca substraturi pentru acetiltransferaza CBP . Reacția părea să fie specifică, deoarece un alt factor de import nuclear, importin-XV3, nu era un substrat pentru CBP. Atât p300, cât și CBP pot Media acetilarea Rch1 și importin-XV7 in vivo, cel mai probabil în nucleu . Reziduul acetilat, de tip VIII-Lys22, se află în situsul de legare din Rch1 pentru celălalt factor de import nuclear, importin-XV, iar acetilarea sitului promovează interacțiunea cu importin-XV in vitro . Astfel, este posibil ca importul nuclear să fie reglementat prin acetilare, mediată de pălăriile p300/CBP.
direcționarea enzimelor HAT către substraturile lor este probabil importantă și poate juca un rol în reglarea prin alte căi de semnalizare, după cum indică constatarea că fosforilarea p53 stimulează acetilarea acestuia, probabil prin creșterea asocierii p53 cu p300 . Unele dovezi indică faptul că activitatea pălăriilor este reglementată de semnale de proliferare și diferențiere , prin fosforilare sau semnalizare hormonală. De exemplu, activitatea Hat a CBP este stimulată la limita fazei G1-S a ciclului celular, iar acetilarea ACTR indusă de hormoni reprimă funcția receptorului nuclear. Împreună, aceste rezultate au condus la ipoteza că acetilarea este o modificare de reglementare care poate rivaliza cu fosforilarea în semnalizarea celulară .
acetilarea tubulinei
microtubulii sunt structuri citoscheletice cilindrice care se găsesc în aproape toate tipurile de celule eucariote și sunt implicate într-o mare varietate de procese celulare, inclusiv mitoză, motilitate ciliară și flagelară, transport intracelular de vezicule și organite și, eventual, în determinarea morfologiei anumitor celule . Subunitatea structurală a microtubulilor este tubulina proteică de 100 kDa, care constă din izoforme centimetrice care formează complexe heterodimerice și se asociază cap la coadă pentru a forma profilamente și apoi lateral pentru a alcătui pereții microtubulilor cilindrici. Mai multe tipuri de modificări post-translaționale afectează funcția tubulinei, inclusiv acetilarea, fosforilarea, poliglutamarea, poliglicilarea și detirozinarea . Cele mai multe dintre aceste modificări sunt reversibile și toate, cu excepția acetilare, apar la extremitățile carboxilice foarte variabile ale subunităților tubulinei, respectiv ale subunităților tubulinei.
primele dovezi pentru acetilarea tubulinelor au fost obținute cu o tubulină flagelară din alga Politomelă unicelulară . Acetilarea tubulinei a fost observată de atunci la vertebrate, insecte, nematode și plante, în toate acestea, gruparea acetil este atașată la grupa XV-amino a lizinei 40. Acetiltransferaza cu tubulină-tubulină a fost purificată din alga unicelulară Flagelată Chlamydomonas și din creierul mamiferelor și s-a demonstrat că are o masă moleculară de 62-67 kDa . În timpul purificării enzimei din Chlamydomonas, s-au obținut dovezi pentru o tubulină deacetilază și pentru un inhibitor al acetiltransferazei de tubulină-tubulină. În Chlamydomonas, tubulina acetiltransferază prezintă o preferință de două ori pentru polimerizată față de tubulina solubilă, dar în celulele HeLa acetilarea are loc în principal după polimerizare . În general, acetilarea se poate întâmpla rapid-aproape imediat-și, prin urmare, tubulina acetilată nu delimitează neapărat microtubulii vechi. S-a constatat o anumită corelație între acetilarea tubulinei în formă de tubulină și stabilitatea microtubulilor . Microtubulii acetilați rezistă în mod obișnuit la dezasamblarea indusă de medicamente, dar nu la dezasamblarea indusă la rece, deși în unele celule un subset de microtubuli acetilați este rezistent la frig . Cu toate acestea, nu este încă clar cum se determină organizarea spațială intracelulară a microtubulilor acetilați. Pot exista unii factori care limitează activitatea enzimei acetiltransferazei la anumite microtubuli celulari și la regiuni restrânse: candidații pentru astfel de factori includ proteinele asociate microtubulilor MAP1B, MAP2 și XV, care fie sporesc, fie inhibă interacțiunea acetiltransferazei cu microtubuli . O altă posibilitate este că interacțiunea microtubulilor cu alte elemente citoscheletice sau organite reglează activitatea enzimei acetiltransferazei.
rolul microtubulilor acetilați în celule rămâne o întrebare importantă fără răspuns. Tubulina acetilată nu este necesară pentru supraviețuire, iar un mutant al Tetrahimenei ciliate cu lizină 40 înlocuită cu arginină nu se distinge de tipul sălbatic . Clonarea și analiza acetiltransferazei de 62-67 kDa-tubulină-tubulină menționată mai sus vor fi esențiale pentru înțelegerea rolului acetilației de tubulină-tubulină.