Деацетилазы гистонов

Деацетилазы гистонов (англ. Histone deacetylases, HDACs), (КФ 3.5.1) — ферменты, катализирующие удаление ацетильной группы ε-N-ацетил-лизина гистонов, внесенные ферментами гистонацетилазами (histone acetylases, HATs) в остатки K3 и K14 гистона Н3 и K5, K8, K12 и K16 гистона Н4, а также остатки некоторых лизинов гистонов Н2А и Н2B. Модифицируя гистоны и изменяя конформацию хроматина, гистондеацетилазы играют важную роль в регуляции экспрессии генов. В то время как гиперацетилирование гистонов под действием гистонацетилаз обычно связанно с повышением транскрипционной активности, гистондеацетилазы вызывют гипоацетилирование и вследствие, репрессию генов. Гипоацетилирование приводит к уменьшению промежутка между нуклеосомой и намотанной на неё ДНК. Более плотная упаковка ДНК уменьшает её доступность для транскрипционных факторов, что приводит к транскрипционной репрессии. Обычно гистондеацетилазы действуют в составе крупных комплексов, вместе с другими белками подавляющими активность хроматина. Субстратами гистондеацетилаз могут быть не только гистоны, но и некоторые другие белки (p53, E2F, a-тубулин и MyoD).

Классификация

Семейство состоит из 18 белков, принадлежащих к 4-м классам. 11 представителей, принадлежащие к I (reduced potassium dependency 3 (RPD3)-подобные; HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC8) , II (класс дрожжевой гистон деацетилазы 1, Hda1; не путать с HDACI!; HDAC4, HDAC5, HDAC6, HDAC7, HDAC9, HDAC10) и IV классам (HDAC11), названы «классическими» гистон деацетилазами, в то время как представители класса III названы сиртуинами. Представители I и II классов ингибируются трихостатином А (ТСА, TSA), в то время как представители других классов нечувствительны к нему.

У растений семейство гистондеацетилаз тоже включает 18 представителей, принадлежащих к 3 классам: I (RPD3-подобные), HD-туины (встречающиеся только у растений) и сиртуины.

Класс	Фермент	Количество каталитических участков	Клеточная локализация	Тканевое распределение	Субстрат(ы)	Взаимодействующие белки	Нокаутный фенотип
I	HDAC1	1	Ядро	Универсальное	Андрогенный рецептор, SHP, p53, MyoD, E2F1, STAT3	–	эмбриональная летальность, повышенное ацетилирование гистонов, повышение уровня p21 и p27
	HDAC2	1	Ядро	Универсальное	Глюкокортикоидный рецептор, YY1, BCL6, STAT3	–	аномалии сердца
	HDAC3	1	Ядро	Универсальное	SHP, YY1, GATA1, RELA, STAT3, MEF2D	–	–
	HDAC8	1	Ядро	Универсальное (?)	–	EST1B	–
IIA	HDAC4	1	Ядро / цитоплазма	сердце, скелетные мышцы, мозг	GCMA, GATA1, HP1	RFXANK	Нарушения дифференцировки хондроцитов
	HDAC5	1	Ядро / цитоплазма	сердце, скелетные мышцы, мозг	GCMA, SMAD7, HP1	REA, Эстрогенный рецептор	аномалии сердца
	HDAC7	1	Ядро / цитоплазма	сердце, скелетные мышцы, поджелудочная железа, плацента	PLAG1, PLAG2	HIF1A, BCL6, эндотелиновые рецепторы, ACTN1, ACTN4, Андрогенный рецептор, Tip60	Регулирование целостности сосудов, увеличение MMP10
	HDAC9	1	Ядро / цитоплазма	скелетные мышцы, мозг	–	FOXP3	аномалии сердца
IIB	HDAC6	2	В основном цитоплазма	сердце, печень, почки, плацента	α-Тубулин, HSP90, SHP, SMAD7	RUNX2	–
IIB	HDAC10	1	В основном цитоплазма	печень, селезёнка, почки	–	–	–
III	сиртуины млекопитающих (SIRT1, SIRT2, SIRT3, SIRT4, SIRT5, SIRT6, SIRT7)	–	–	–	–	–	–
III	Sir2 дрожжей S. cerevisiae	–	–	–	–	–	–
IV	HDAC11	2	Ядро / цитоплазма	мозг, сердце, скелетные мышцы, почки	–	–	–

Все деацетилазы гистонов, кроме III класса, содержат цинк и, т. о., являются цинк-зависимыми.^[1]

Механизм катализа

Последовательность из 390 остатков аминокислот образует каталитический домен классических HDAC, который включает также высококонсервативные аминокислоты. Активный сайт представляет собой слегка искривленный трубчатый карман с более широким дном. Ацетильная группа удаляется путём системы с переменой заряда, состоящей из двух соседних гистидинов, двух аспартатов (на расстоянии примерно 30 аминокислот от гистидинов, разделены приблизительно 6 аминокислотами), а также тирозина (123 аминокислот от аспартатов). Важный компонент системы перемены зарядов — Zn²⁺, связанный на дне кармана. Для катализа также важны другие кофакторы: большинство рекомбинантных гистондеацетилаз неактивно.

Сиртуины

Особенность сиртуинов (название взято от одного из представителей — silent information regulator 2 (Sir2)) — использование НАД⁺ как субстрата. Они не чувствительны к ингибированию ТСА, но чувствительны к сиртинолу. У дрожжей главным образом деацетилирует Н4К16, Н3К56 и Н3К9; в меньшей степени — Н3К14. Дрожжевой Sir2 участвует, прежде всего в сайленсинге теломерных последовательностей, рРНК, молчащего локуса типа спаривания, а также в подавлении рекомбинации рДНК. Sir2 также участвует в регуляции продолжительности жизни: он вовлечен в предотвращение образования внехромосомных колец рДНК, связанных со старением клетки. Sir2 у дрожжей, а также его гомологи у млекопитающих играют ключевую роль в эпигенетическом сайленсинге генов, в репарации и рекомбинации ДНК, клеточном цикле, организации микротрубочек и регуляции старения.

Ингибиторы гистондеацетилаз (HDACi)

На настоящий момент существует ряд ингибиторов гистондеацетилаз, начиная со сложных соединений выделенных из бактерий и грибов (ТСА, тапоксин), и кончая относительно простыми соединениями (бутират). Большинство HDACi имеют трехкомпонентную структуру, состоящую из цинк-связывающего участка, линкера и последовательностью, взаимодействующей с аминокислотными остатками у входа в активный центр HDAC. Ингибиторы классических деацетилаз функционируют путём вытеснения иона цинка из активного центра и таким образом инактивируя систему смены зарядов. ТСА обладает оптимальной конформацией для попадания в активный центр, имея гидроксаматную группу и пятиуглеродный линкер перед фенильной группой. ТСА вызывает наисильнейший обратимый эффект из известных HDACi (его IC50% находится в наномолярной области). HDACi вызывают гиперацетилирование, активацию транскрипции, и по некоторым данным, активное деметилирование ДНК. Поскольку HDACi замедляют рост и приводят к дифференцировке и апоптозу раковых клеток, ведутся активные разработки по их применению для терапии рака (вориностат, ромидепсин, белиностат).

HDACi индуцируют апоптоз, арест клеточного цикла, старение, дифференцировку, иммуногенность клеток и ингибируют ангиогенез при некоторых видах рака (West et al., 2014). Наиболее успешными примерами использования HDACi являются вориностат и ромидепсин у пациентов с рефракторной кожной и периферической Т-клеточной лимфомой. (Whittaker et al., 2010). В соответствии с химической структурой можно выделить 4 класса HDACi – гидроксаматы, циклические пептиды, алифатические кислоты и бензамиды. Большая часть сведений об этих молекулах основана на онкологических исследованиях. К пан-HDACi (неспецифическим HDACi) в основном относятся гидроксаматы.

Гидроксаматы представлены трихостатином А (TSA), который ингибирует рост клеток при раке легкого и груди (Yoshida et al., 1995) и является пан-клеточным ингибитором HDAC. TSA не вошел в клиническую практику по причине нежелательных явлений – апоптоз нормальных клеток и повреждение ДНК (Rodriguez-Paredes et al., 2011). Суберанилогидроксаминовая кислота (SAHA) (вориностат) также является гидроксаматом, это первый HDACi, одобренный FDA для клинического применения (Grozinger et al., 2002). Его действие приводит к активации антипролиферативных генов p21WAF1, p27 KIP1, DR5 и TNFα, и снижению активности положительных регуляторов роста: CDK2, CDK4, cyclin D1 и cyclin D2. В настоящее время исследуется множество молекул из класса гидроксаматов: e CBHA, LAQ-824, PXD-101, LBH-589, ITF2357, оксамфлатин, ABHA, SBHA, Scriptaid, пироксамид, SK-7041, SK-7068 и тубацин (Falkenberg et al., 2014).

В последнее время ставится под сомнения активность пан-HDACi в отношении HDAC класса IIa, но в результате более подробных исследований открываются «истинные» пан-HDACi, например пандакостат (Bradner et al., 2010). Дальнейшие перспективы пан-HDACi осложняются тем, что они малоэффективны в отношении солидных опухолей, но причины этого остаются неизвестными. В настоящее время значительное внимание уделяется разработке HDACi, селективных к определенным изоформам HDAC. Тем не менее, поиски новых пан-HDACi продолжаются. Свидетельством тому являются и действия фармкомпаний: так, в сентябре 2014 года компании Servier и Pharmacyclists заключили соглашение о совместной разработке абексиностата и других соединений. Появляются пан-HDACi «нового поколения», такие, как гивиностат (Tashima et al., 2014, Zappasodi et al., 2014, Li X et al., 2015, Mahal K et al., 2015), продолжаются и клинические испытания «старых» HDACi, таких, как панабиностат в составе моно- и комбинированной терапии, в том числе и солидных опухолей (Li X et al., 2015).

См. также

Напишите отзыв о статье "Деацетилазы гистонов"

Примечания

↑ Marks PA, Xu WS (July 2009). «Histone Deacetylase Inhibitors: Potential in Cancer Therapy». J. Cell. Biochem. 107 (4): 600–8. DOI:10.1002/jcb.22185. PMID 19459166.

Литература

1. de Ruijter AJ, van Gennip AH, Caron HN, Kemp S, van Kuilenburg AB (March 2003). «Histone deacetylases (HDACs): characterization of the classical HDAC family». Biochem. J. 370 (Pt 3): 737-49. doi:10.1042/BJ20021321. PMID 12429021. 2. Hollender C and Zhongchi Liu Z (July 2008). «Histone Deacetylase Genes in Arabidopsis Development» Journal of Integrative Plant Biology Volume 50, Issue 7, Pages 875—885 PMID 18713398

Отрывок, характеризующий Деацетилазы гистонов

Он закрыл глаза. И с разных сторон, как будто издалека, затрепетали звуки, стали слаживаться, разбегаться, сливаться, и опять все соединилось в тот же сладкий и торжественный гимн. «Ах, это прелесть что такое! Сколько хочу и как хочу», – сказал себе Петя. Он попробовал руководить этим огромным хором инструментов.
«Ну, тише, тише, замирайте теперь. – И звуки слушались его. – Ну, теперь полнее, веселее. Еще, еще радостнее. – И из неизвестной глубины поднимались усиливающиеся, торжественные звуки. – Ну, голоса, приставайте!» – приказал Петя. И сначала издалека послышались голоса мужские, потом женские. Голоса росли, росли в равномерном торжественном усилии. Пете страшно и радостно было внимать их необычайной красоте.
С торжественным победным маршем сливалась песня, и капли капали, и вжиг, жиг, жиг… свистела сабля, и опять подрались и заржали лошади, не нарушая хора, а входя в него.
Петя не знал, как долго это продолжалось: он наслаждался, все время удивлялся своему наслаждению и жалел, что некому сообщить его. Его разбудил ласковый голос Лихачева.
– Готово, ваше благородие, надвое хранцуза распластаете.
Петя очнулся.
– Уж светает, право, светает! – вскрикнул он.
Невидные прежде лошади стали видны до хвостов, и сквозь оголенные ветки виднелся водянистый свет. Петя встряхнулся, вскочил, достал из кармана целковый и дал Лихачеву, махнув, попробовал шашку и положил ее в ножны. Казаки отвязывали лошадей и подтягивали подпруги.
– Вот и командир, – сказал Лихачев. Из караулки вышел Денисов и, окликнув Петю, приказал собираться.

Быстро в полутьме разобрали лошадей, подтянули подпруги и разобрались по командам. Денисов стоял у караулки, отдавая последние приказания. Пехота партии, шлепая сотней ног, прошла вперед по дороге и быстро скрылась между деревьев в предрассветном тумане. Эсаул что то приказывал казакам. Петя держал свою лошадь в поводу, с нетерпением ожидая приказания садиться. Обмытое холодной водой, лицо его, в особенности глаза горели огнем, озноб пробегал по спине, и во всем теле что то быстро и равномерно дрожало.
– Ну, готово у вас все? – сказал Денисов. – Давай лошадей.
Лошадей подали. Денисов рассердился на казака за то, что подпруги были слабы, и, разбранив его, сел. Петя взялся за стремя. Лошадь, по привычке, хотела куснуть его за ногу, но Петя, не чувствуя своей тяжести, быстро вскочил в седло и, оглядываясь на тронувшихся сзади в темноте гусар, подъехал к Денисову.
– Василий Федорович, вы мне поручите что нибудь? Пожалуйста… ради бога… – сказал он. Денисов, казалось, забыл про существование Пети. Он оглянулся на него.
– Об одном тебя пг'ошу, – сказал он строго, – слушаться меня и никуда не соваться.
Во все время переезда Денисов ни слова не говорил больше с Петей и ехал молча. Когда подъехали к опушке леса, в поле заметно уже стало светлеть. Денисов поговорил что то шепотом с эсаулом, и казаки стали проезжать мимо Пети и Денисова. Когда они все проехали, Денисов тронул свою лошадь и поехал под гору. Садясь на зады и скользя, лошади спускались с своими седоками в лощину. Петя ехал рядом с Денисовым. Дрожь во всем его теле все усиливалась. Становилось все светлее и светлее, только туман скрывал отдаленные предметы. Съехав вниз и оглянувшись назад, Денисов кивнул головой казаку, стоявшему подле него.
– Сигнал! – проговорил он.
Казак поднял руку, раздался выстрел. И в то же мгновение послышался топот впереди поскакавших лошадей, крики с разных сторон и еще выстрелы.
В то же мгновение, как раздались первые звуки топота и крика, Петя, ударив свою лошадь и выпустив поводья, не слушая Денисова, кричавшего на него, поскакал вперед. Пете показалось, что вдруг совершенно, как середь дня, ярко рассвело в ту минуту, как послышался выстрел. Он подскакал к мосту. Впереди по дороге скакали казаки. На мосту он столкнулся с отставшим казаком и поскакал дальше. Впереди какие то люди, – должно быть, это были французы, – бежали с правой стороны дороги на левую. Один упал в грязь под ногами Петиной лошади.
У одной избы столпились казаки, что то делая. Из середины толпы послышался страшный крик. Петя подскакал к этой толпе, и первое, что он увидал, было бледное, с трясущейся нижней челюстью лицо француза, державшегося за древко направленной на него пики.
– Ура!.. Ребята… наши… – прокричал Петя и, дав поводья разгорячившейся лошади, поскакал вперед по улице.
Впереди слышны были выстрелы. Казаки, гусары и русские оборванные пленные, бежавшие с обеих сторон дороги, все громко и нескладно кричали что то. Молодцеватый, без шапки, с красным нахмуренным лицом, француз в синей шинели отбивался штыком от гусаров. Когда Петя подскакал, француз уже упал. Опять опоздал, мелькнуло в голове Пети, и он поскакал туда, откуда слышались частые выстрелы. Выстрелы раздавались на дворе того барского дома, на котором он был вчера ночью с Долоховым. Французы засели там за плетнем в густом, заросшем кустами саду и стреляли по казакам, столпившимся у ворот. Подъезжая к воротам, Петя в пороховом дыму увидал Долохова с бледным, зеленоватым лицом, кричавшего что то людям. «В объезд! Пехоту подождать!» – кричал он, в то время как Петя подъехал к нему.
– Подождать?.. Ураааа!.. – закричал Петя и, не медля ни одной минуты, поскакал к тому месту, откуда слышались выстрелы и где гуще был пороховой дым. Послышался залп, провизжали пустые и во что то шлепнувшие пули. Казаки и Долохов вскакали вслед за Петей в ворота дома. Французы в колеблющемся густом дыме одни бросали оружие и выбегали из кустов навстречу казакам, другие бежали под гору к пруду. Петя скакал на своей лошади вдоль по барскому двору и, вместо того чтобы держать поводья, странно и быстро махал обеими руками и все дальше и дальше сбивался с седла на одну сторону. Лошадь, набежав на тлевший в утреннем свето костер, уперлась, и Петя тяжело упал на мокрую землю. Казаки видели, как быстро задергались его руки и ноги, несмотря на то, что голова его не шевелилась. Пуля пробила ему голову.
Переговоривши с старшим французским офицером, который вышел к нему из за дома с платком на шпаге и объявил, что они сдаются, Долохов слез с лошади и подошел к неподвижно, с раскинутыми руками, лежавшему Пете.
– Готов, – сказал он, нахмурившись, и пошел в ворота навстречу ехавшему к нему Денисову.
– Убит?! – вскрикнул Денисов, увидав еще издалека то знакомое ему, несомненно безжизненное положение, в котором лежало тело Пети.
– Готов, – повторил Долохов, как будто выговаривание этого слова доставляло ему удовольствие, и быстро пошел к пленным, которых окружили спешившиеся казаки. – Брать не будем! – крикнул он Денисову.
Денисов не отвечал; он подъехал к Пете, слез с лошади и дрожащими руками повернул к себе запачканное кровью и грязью, уже побледневшее лицо Пети.
«Я привык что нибудь сладкое. Отличный изюм, берите весь», – вспомнилось ему. И казаки с удивлением оглянулись на звуки, похожие на собачий лай, с которыми Денисов быстро отвернулся, подошел к плетню и схватился за него.
В числе отбитых Денисовым и Долоховым русских пленных был Пьер Безухов.

О той партии пленных, в которой был Пьер, во время всего своего движения от Москвы, не было от французского начальства никакого нового распоряжения. Партия эта 22 го октября находилась уже не с теми войсками и обозами, с которыми она вышла из Москвы. Половина обоза с сухарями, который шел за ними первые переходы, была отбита казаками, другая половина уехала вперед; пеших кавалеристов, которые шли впереди, не было ни одного больше; они все исчезли. Артиллерия, которая первые переходы виднелась впереди, заменилась теперь огромным обозом маршала Жюно, конвоируемого вестфальцами. Сзади пленных ехал обоз кавалерийских вещей.
От Вязьмы французские войска, прежде шедшие тремя колоннами, шли теперь одной кучей. Те признаки беспорядка, которые заметил Пьер на первом привале из Москвы, теперь дошли до последней степени.
Дорога, по которой они шли, с обеих сторон была уложена мертвыми лошадьми; оборванные люди, отсталые от разных команд, беспрестанно переменяясь, то присоединялись, то опять отставали от шедшей колонны.
Несколько раз во время похода бывали фальшивые тревоги, и солдаты конвоя поднимали ружья, стреляли и бежали стремглав, давя друг друга, но потом опять собирались и бранили друг друга за напрасный страх.
Эти три сборища, шедшие вместе, – кавалерийское депо, депо пленных и обоз Жюно, – все еще составляли что то отдельное и цельное, хотя и то, и другое, и третье быстро таяло.
В депо, в котором было сто двадцать повозок сначала, теперь оставалось не больше шестидесяти; остальные были отбиты или брошены. Из обоза Жюно тоже было оставлено и отбито несколько повозок. Три повозки были разграблены набежавшими отсталыми солдатами из корпуса Даву. Из разговоров немцев Пьер слышал, что к этому обозу ставили караул больше, чем к пленным, и что один из их товарищей, солдат немец, был расстрелян по приказанию самого маршала за то, что у солдата нашли серебряную ложку, принадлежавшую маршалу.

[pmid19459166-1] Marks PA, Xu WS (July 2009). «Histone Deacetylase Inhibitors: Potential in Cancer Therapy». J. Cell. Biochem. 107 (4): 600–8. DOI:10.1002/jcb.22185. PMID 19459166.

[1]