acetylering av histoner
de mest studerade proteinerna som acetyleras på resthalter av bronkiallysin inkluderar histoner H2A, H2B, Hg och H4, där modifieringen sker på flera ställen i de amino-terminala svansdomänerna och HMG-proteinerna, som finns i en mängd olika eukaryoter från jäst till människor . Det viktiga inslaget i acetylering av rester av AX-lysin är att den är reversibel. Histoner utsätts ofta för post-translationella modifieringar som inkluderar acetylering, metylering och fosforylering av specifika arginin -, lysin -, histidin -, serin-och treoninrester . Dessa modifieringar, av vilka många också är reversibla, minskar alla de positiva laddningarna av histonsvansstrukturer och förändrar därmed signifikant Histon-DNA-bindning och interaktioner mellan nukleosomer och mellan histoner och regulatoriska proteiner. Upptäckten av Gcn5p, det första nukleära histonacetyltransferas (HAT) och det första histondeacetylas (HDAC), fastställde att acetylering av histoner är ett viktigt kontrollerande steg i transkription . Några av kärnhattarna är också välkända och karakteriseras i stor utsträckning som transkriptionsfaktorer. Inte överraskande verkar histonacetylering påverka andra processer, inklusive cellcykelprogression, kromosomdynamik, DNA-replikation, rekombination och reparation, tystnad och apoptos . Trots betydande ackumulering av information om Hattar, förståelse för den exakta molekylära rollen av histonacetylering vid montering av kromatin, tillgängligheten av transkriptionsfaktorer och nukleosomremodellering är fortfarande svårfångad.
det finns över 20 hattar som faller i flera familjer, listade i Tabell 1. Alla hattar agerar på ett platsspecifikt och histonspecifikt sätt, och specificitet kan skilja sig in vivo och in vitro; sådan mångfald som kan hjälpa till att förklara varför det finns så många hattar. Anmärkningsvärt är vissa hattar associerade med andra Hattar och koaktivatorer, vilket tyder på ett lager av komplexitet som ännu inte är förstått. Det är viktigt att notera, dock, att steady-state balansen av histonacetylering verkar utöva olika effekter på olika gener i olika inställningar. Anpassning av aminosyrasekvenserna som omger modifierade lysiner i acetylerade proteiner och mutagenes av det humana importin-kazakiproteinet Rch1 tyder på att HATTIGENKÄNNINGSMOTIVET kan vara GKXXP (i aminosyrakoden med en bokstav, med den acetylerade Kazaki-lysinresten i fetstil) .
Histondeacetylaser
ett stort antal HDAC har nu identifierats, varav många fungerar som corepressorer för transkription . Jästdeacetylaserna Rpd3p och Hda1p rekryteras av repressorproteiner till promotorer, vilket orsakar en lokal deacetylering av kromatin . Specialiserade regioner av kromatin, inklusive telomerer, centromerer och tysta jästparande loci, är transkriptionellt inaktiva och bildar hypoacetylerade heterochromatinliknande (tätt förpackade) domäner. Heterochromatinbildning i jäst medieras av tystnadsproteinerna Sir2p, Sir3p och Sir4p; Sir2p har visat sig ha HDAC-aktivitet. Intressant är att deacetylaser detekteras i vissa kromatinombyggnadskomplex, som reglerar förändringar i kromatinstrukturen, tillsammans med hattar. Lite är känt om specificiteten hos HDAC, även om det har visat sig att HDACi kan deacetylat inte bara histoner utan också transkriptionsfaktorn E2F1 .
acetylering av HMG-proteiner
HMG-proteiner är en heterogen familj av icke-Histon kromosomala proteiner vars funktion fortfarande inte är fullständigt förstådd, trots deras överflöd och ubiquity. En delmängd av dessa proteiner innehåller HMG-domänen, ett DNA-bindande motiv som känner igen böjt DNA eller inducerar böjning i linjärt duplex-DNA. Två post-translationella modifieringar, nämligen fosforylering och acetylering, påverkar DNA-bindande egenskaper hos HMG1. Detta protein acetyleras reversibelt vid konserverade lysiner vid positionerna 2 och 11, och det har visats att monoacetylering vid lysin 2 av HMG1 ökar bindningsaffiniteten hos proteinet för vissa typer av förvrängt DNA . Detta indikerar det möjliga engagemanget av HMG1 i DNA-reparation, separat från dess’ arkitektoniska ’ roll i nukleoproteinkomplex. Hmg1 och HMG2 har också varit inblandade i protein-proteininteraktioner och har visat sig underlätta den specifika bindningen av regulatoriska proteiner – såsom steroidhormonreceptorer, Hox-och POU-domänproteiner (utvecklingstranskriptionsfaktorer), p53 (en tumörsuppressor) och Tata – boxbindande basala transkriptionsfaktorer-till deras mål-DNA-sekvenser .
acetylering av transkriptionsfaktorer
i kärnan är DNA tätt förpackat i flera strukturordningar utan enkel tillgänglighet för transkriptionsmaskinen. Acetylering av lysinrester i histoner, histonliknande proteiner och icke-histonproteiner (såsom transkriptionsfaktorer) har nyligen dykt upp som en viktig mekanism som används av cellen för att övervinna förtryckta kromatintillstånd . Flera transkriptionsfaktorer har identifierats som substrat för hattar, särskilt för hattarna CREB-bindande protein (CBP) och dess nära homolog p300, som är kofaktorer för kärnreceptoraktiverad gentranskription och p300/CBP-associerad faktor (PCAF). Dessa substratproteiner inkluderar transkriptionsaktivatorerna E2F1-3 (involverade i progression genom G1/S-cellcykelövergång), P53, c-Jun (en transkriptionsfaktor involverad i svaret på mitogener), den erytroida kr Auskulppelliknande transkriptionsfaktorn (EKLF), den transkriptionskoaktivator GATA1 som krävs för megakaryocyt-och erytrocytdifferentiering, den muskelspecifika differentieringsregulatorn MyoD, produkten av proto-onkogen c-myb, HMG-proteinet HMGI(Y), t-cellfaktorn reglerad transkriptionsaktivator TCF (som är nedströms om Wnt-signalproteiner), hepatocytkärnfaktor HNF-4, de allmänna transkriptionsfaktorerna Tfiie VIII och TFIIF, erytrocyttranskriptionsfaktor NF-E2(MafG) och steroidhormonet kärnreceptorkoaktivator ACTR ( och referenser däri). Listan över de nya HAT-substraten växer snabbt. Acetylering av transkriptionsfaktorer kan förändra deras förmåga att binda DNA (i fall av E2F1, p53, EKLF, GATA1 och HNF-4), att interagera med andra proteiner (c-Jun, TCF, ACTR och HNF-4) eller att förbli i kärnan (HNF-4). Dessutom kan PCAF, p300 och CBP autoacetylat, vilket underlättar intramolekylära omarrangemang mellan bromodomain (som binder acetyllysin) och acetylerad lysin(er); denna interaktion kan vara viktig för HAT-aktivitet och för rekrytering av ombyggnadskomplex till acetylerat kromatin .
effekten av acetylering på DNA-bindande proteinfunktion beror på placeringen av det modifierade stället i proteinet. Vid transkriptionsfaktorerna p53, E2F1, EKLF och GATA-1 är acetyleringsstället beläget direkt intill den DNA-bindande domänen och acetylering stimulerar DNA-bindning . Däremot är lysinerna acetylerade i HMGI (Y) inom DNA-bindande domän och resulterar i störning av DNA-bindning. Således stimulerar acetylering inte alltid transkription.
acetylering påverkar också protein-protein-interaktioner. Till exempel hämmas föreningen av nukleära steroidhormonreceptorer med deras koaktivator ACTR genom acetylering . Tydligen genererar histonacetylering en igenkänningsplats för bromodomain, ett motiv konserverat i många proteiner, inklusive hattar . Histonacetylering kan föregå rekrytering av ATP-beroende kromatinremodelleringsaktiviteter under transkriptionsaktivering. I synnerhet är HAT Gcn5p involverad i stabiliserande bindning av SWI/SNF-kromatin-remodeling-komplexet till en promotor, och denna interaktion verkar förmedlas genom gcn5p-bromodomain . Det finns vissa bevis, exemplifieras av transkriptionsfaktorn E2F1, att acetylering ökar halveringstiden för proteinet .
acetylering av kärnimportfaktorer
hattar kan också rikta sig mot andra kärnproteiner. En skärm av en stor uppsättning proteiner som är involverade i olika cellulära processer resulterade i identifiering av två kärnimportproteiner, Rch1 och importin-expor7, som substrat för acetyltransferas CBP . Reaktionen verkade vara specifik eftersom en annan kärnimportfaktor, importin-macau3, inte var ett substrat för CBP. Både p300 och CBP kan medla acetylering av Rch1 och importin-askorb7 in vivo, troligen i kärnan . Den acetylerade återstoden, sackaros-Lys22, ligger inom bindningsstället i Rch1 för den andra kärnimportfaktorn, jakaros, och acetylering av platsen främjar interaktion med jakaros in vitro . Således är det möjligt att kärnimport kan regleras genom acetylering, medierad av p300/CBP-hattarna.
inriktningen av HAT-enzymer till deras substrat är sannolikt viktig och kan spela en roll i reglering av andra signalvägar, vilket indikeras av upptäckten att fosforylering av p53 stimulerar dess acetylering, förmodligen genom att öka föreningen av p53 med p300 . Vissa bevis tyder på att Hattarnas aktivitet regleras av proliferations-och differentieringssignaler via fosforylering eller hormonell signalering. Till exempel stimuleras HAT-aktiviteten hos CBP vid G1-S-fasgränsen för cellcykeln, och hormoninducerad acetylering av ACTR undertrycker kärnreceptorfunktionen. Tillsammans har dessa resultat lett till hypotesen att acetylering är en reglerande modifiering som kan konkurrera med fosforylering i cellsignalering .
acetylering av tubulin
mikrotubuli är cylindriska cytoskeletala strukturer som finns i nästan alla eukaryota celltyper och är involverade i en mängd olika cellulära processer, inklusive mitos, ciliär och flagellär motilitet, intracellulär transport av vesiklar och organeller, och eventuellt vid bestämning av morfologi hos vissa celler . Den strukturella underenheten för mikrotubuli är 100 kDa-protein tubulin, som består av isoformer av kokos och kokos som bildar heterodimera komplex och associerar huvud-till-svans för att bilda profilament och sedan i sidled för att kompensera väggarna i cylindriska mikrotubuli. Flera typer av post-translationell modifiering påverkar tubulinfunktionen, inklusive acetylering, fosforylering, polyglutamation, polyglycylering och detyrosination . De flesta av dessa modifieringar är reversibla och alla, utom acetylering, förekommer vid de mycket variabla karboxylterminalerna av tubulin-och underenheter av tubulin.
det första beviset för acetylering av tubuliner erhölls med ett flagellärt tubulin från den encelliga algen Polytomella . Tubulinacetylering har sedan dess observerats hos ryggradsdjur, insekter, nematoder och växter, i vilka alla acetyl-gruppen är bunden till lysin 40-aminogruppen av lysin. Den tubulin-tubulinacetyltransferas renades från flagellerade encelliga alger Chlamydomonas och från däggdjurshjärnan och visade sig ha molekylmassa av 62-67 kDa . Under reningen av enzymet från Chlamydomonas erhölls bevis för ett tubulindeacetylas och för en hämmare av tubulinacetyltransferas. I Chlamydomonas uppvisar tubulinacetyltransferas en tvåfaldig preferens för polymeriserad över lösligt tubulin, men i HeLa-celler sker acetyleringen huvudsakligen efter polymerisation . I allmänhet kan acetylering ske snabbt-nästan omedelbart-och acetylerat tubulin avgränsar därför inte nödvändigtvis gamla mikrotubuli. En viss korrelation har hittats mellan tubulinacetylering och mikrotubuli stabilitet. Acetylerade mikrotubuli motstår vanligtvis läkemedelsinducerad demontering men inte kallinducerad demontering, även om en delmängd av acetylerade mikrotubuli i vissa celler är kalltålig . Det är dock fortfarande oklart hur den intracellulära rumsliga organisationen av acetylerade mikrotubuli bestäms. Det kan finnas vissa faktorer som begränsar acetyltransferasenzymaktiviteten till vissa cellulära mikrotubuli och till begränsade regioner: kandidater för sådana faktorer inkluderar de mikrotubulassocierade proteinerna MAP1B, MAP2 och XXL, som antingen förbättrar eller hämmar interaktionen mellan acetyltransferas och mikrotubuli . En annan möjlighet är att samspelet mellan mikrotubuli med andra cytoskeletala element eller organeller reglerar acetyltransferasenzymaktivitet.
rollen av acetylerade mikrotubuli i celler förblir en viktig obesvarad fråga. Acetylerat tubulin krävs inte för överlevnad, och en mutant av ciliate Tetrahymena med lysin 40 ersatt med arginin är oskiljbar från den vilda typen . Kloning och analys av 62-67 kDa-tubulinacetyltransferas som nämns ovan kommer att vara avgörande för att förstå rollen för tubulinacetylering.