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Histona acetiltransferasa
5trm.jpg
GCN5 histona acetiltransferasa dominio homo24-mer, humano
Identificadores
CE no.2.3.1.48
No CAS.9054-51-7
Bases de datos
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FÁCILNiceZyme vista
KEGGEntrada KEGG
MetaCyccamino metabólico
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Las histonas acetiltransferasas ( HAT ) son enzimas que acetilan los aminoácidos lisina conservados en las proteínas histonas transfiriendo un grupo acetilo de la acetil-CoA para formar ε- N- acetililisina. El ADN se envuelve alrededor de las histonas y, al transferir un grupo acetilo a las histonas, los genes se pueden activar y desactivar. En general, la acetilación de histonas aumenta la expresión génica.

En general, la acetilación de histonas está relacionada con la activación transcripcional y asociada con la eucromatina . La eucromatina, que es menos densamente compacta, permite que los factores de transcripción se unan más fácilmente a los sitios reguladores del ADN, provocando la activación transcripcional. Cuando se descubrió por primera vez, se pensó que la acetilación de lisina neutraliza la carga positiva normalmente presente, reduciendo así la afinidad entre la histona y el ADN (cargado negativamente), lo que hace que el ADN sea más accesible a los factores de transcripción . Desde entonces, han surgido investigaciones para demostrar que la acetilación de lisina y otras modificaciones postraduccionalesde las histonas generan sitios de unión para dominios específicos de interacción proteína-proteína, como el bromodominio de unión a acetilsina [ cita requerida ] . Las histonas acetiltransferasas también pueden acetilar proteínas que no son histonas, como los receptores nucleares y otros factores de transcripción para facilitar la expresión génica.

Familias HAT [ editar ]

Los HAT se dividen tradicionalmente en dos clases diferentes según su localización subcelular. [1] Los HAT de tipo A se encuentran en el núcleo y participan en la regulación de la expresión génica mediante la acetilación de histonas nucleosomales en el contexto de la cromatina. [2] Contienen un bromodominio , que les ayuda a reconocer y unirse a residuos de lisina acetilada en sustratos de histonas. Gcn5, p300 / CBP y TAF II 250 son algunos ejemplos de HAT de tipo A que cooperan con activadores para mejorar la transcripción. Los HAT de tipo B se encuentran en el citoplasmay son responsables de acetilar las histonas recién sintetizadas antes de su ensamblaje en nucleosomas . Estos HAT carecen de un bromodominio, ya que sus objetivos no están acetilados. Los grupos acetilo agregados por los HAT de tipo B a las histonas son eliminados por las HDAC una vez que ingresan al núcleo y se incorporan a la cromatina . Hat1 es uno de los pocos ejemplos conocidos de un HAT de tipo B. [3] A pesar de esta clasificación histórica de HAT, algunas proteínas HAT funcionan en múltiples complejos o ubicaciones y, por lo tanto, no encajarían fácilmente en una clase particular. [4]

Tamaños relativos y ubicaciones de dominios importantes para HAT representativos (HAT = dominio de acetiltransferasa catalítica; Bromo = bromodominio; Cromo = cromodominio; Zn = dominio de dedo de zinc). El número de residuos de aminoácidos en cada HAT se indica a la derecha de cada ejemplo.

Gcn5 relacionados N -acetyltransferases (mosquitos) [ editar ]

Los HAT se pueden agrupar en varias familias diferentes según la homología de secuencia, así como las características estructurales compartidas y los roles funcionales. La familia de N- acetiltransferasa (GNAT) relacionada con Gcn5 incluye Gcn5, PCAF , Hat1, Elp3 , Hpa2, Hpa3 , ATF-2 y Nut1. Estos HAT se caracterizan generalmente por la presencia de un bromodominio y se encuentra que acetilan residuos de lisina en las histonas H2B , H3 y H4 . [1] Todos los miembros de la familia GNAT se caracterizan por hasta cuatro motivos conservados (AD) que se encuentran dentro del dominio HAT catalítico. Esto incluye el motivo A más altamente conservado, que contiene una secuencia Arg / Gln-XX-Gly-X-Gly / Ala que es importante para el reconocimiento y la unión de acetil-CoA . [3] El motivo C se encuentra en la mayoría de los GNAT, pero no está presente en la mayoría de otros HAT conocidos. [4] La levadura Gcn5 (control general nonderepressible-5) HAT es uno de los miembros mejor caracterizados de esta familia. Tiene cuatro dominios funcionales, incluido un dominio N-terminal, un dominio catalítico altamente conservado (HAT), un dominio de interacción Ada2 y un bromodominio C-terminal. PCAF (factor asociado a p300 / CBP) y GCN5 son GNAT de mamíferos que comparten un alto grado de homología en todas sus secuencias. Estas proteínas tienen una región N-terminal de 400 residuos que está ausente en la levadura Gcn5, pero sus funciones HAT se conservan evolutivamente con respecto a esta última. Hat1 fue la primera proteína HAT en ser identificada. Es responsable de la mayor parte de la actividad citoplasmática de HAT en la levadura y se une fuertemente a la histona H4 en virtud de su asociación con una subunidad adicional, Hat2. Elp3 es un ejemplo de un HAT tipo A que se encuentra en la levadura. Es parte delHoloenzima ARN polimerasa II y juega un papel en el alargamiento transcripcional.

MYST HATs [ editar ]

La familia MYST de HATs lleva el nombre de sus cuatro miembros fundadores MOZ , Ybf2 (Sas3), Sas2 y Tip60 . [1] Otros miembros importantes incluyen Esa1 , MOF , MORF y HBO1 . Estos HAT se caracterizan típicamente por la presencia de dedos de zinc y dominios cromáticos , y se encuentra que acetilan residuos de lisina en las histonas H2A , H3 y H4. Varias proteínas de la familia MYST contienen dedos de zinc, así como el motivo A altamente conservado que se encuentra entre los GNAT y que facilita la unión de acetil-CoA. [3] Una región rica en cisteína ubicada en el extremo N del dominio HAT de las proteínas MYST está involucrada en la unión de zinc, que es esencial para la actividad HAT. [5] Tip60 (proteína interactiva Tat, 60 kDa) fue el primer miembro de la familia MYST humana en exhibir actividad HAT. El Sas3 que se encuentra en la levadura es un homólogo de MOZ (proteína de dedos de zinc de leucemia monocítica), que es un oncogén que se encuentra en los seres humanos. Esa1 fue el primer HAT esencial que se encontró en la levadura, y MOF es su homólogo en las moscas de la fruta. La actividad HAT de este último es necesaria para el doble aumento de la transcripción del cromosoma X masculino ( compensación de dosis ) en las moscas. HBO1 humano (HAT unido a ORC1) fue el primer HAT que se mostró asociado con componentes del complejo de origen de replicación. MORF (factor relacionado con MOZ) exhibe una homología muy cercana con MOZ en toda su longitud. [4] Contiene una región de represión N-terminal que disminuye su actividad HAT in vitro , así como un dominio de activación C-terminal que es funcional en ausencia del dominio HAT.

Otros [ editar ]

Además de las que son miembros de las familias GNAT y MYST, hay varias otras proteínas que se encuentran típicamente en eucariotas superiores que exhiben actividad HAT. Estos incluyen p300 / CBP, coactivadores de receptores nucleares (por ejemplo, ACTR / SRC-1), TAF II 250, TFIIIC, Rtt109 y CLOCK . p300 / CBP son específicos de metazoos [6] y contienen varias regiones con dedos de zinc, un bromodominio, un dominio catalítico (HAT) y regiones que interactúan con otros factores de transcripción. [3] Es importante destacar que el dominio HAT no muestra homología de secuencia con otros HAT conocidos, [7] y es necesario para que p300 / CBP funcione en la activación transcripcional. [3] Además, estas proteínas contienen varios motivos de dominio HAT (A, B y D) que son similares a los de los GNAT. También poseen un nuevo motivo E que es homólogo a secuencias en los dominios HAT de GNAT. TFIIIC es uno de los factores de transcripción generales implicados en la transcripción mediada por la ARN polimerasa III . Se ha demostrado que tres componentes de la proteína humana poseen actividad HAT independiente ( hTFIIIC220 , hTFIIIC110 y hTFIIIC90 ). [8] Rtt109 es un HAT específico de hongos que requiere asociación con proteínas chaperonas de histonas para su actividad. [6] Las actividades HAT del TAF II humanoLos coactivadores 250 y CLOCK no se han estudiado tan ampliamente. TAF II 250 es una de las subunidades de factores asociadas a TBP de TFIID , y comparte un patrón Gly-X-Gly con Gcn5 que es importante para la actividad HAT. [4] CLOCK es un regulador maestro del ritmo circadiano que funciona con BMAL1 para llevar a cabo su actividad HAT. [9]

Coactivadores de receptores nucleares [ editar ]

Tres coactivadores de receptores nucleares importantes que muestran actividad HAT son SRC-1 , ACTR y TIF-2 . Se sabe que el SRC-1 humano (coactivador-1 del receptor de esteroides) interactúa con p300 / CBP y PCAF, y su dominio HAT se encuentra en su región C-terminal. ACTR (también conocido como RAC3, AIB1 y TRAM-1 en humanos) comparte una homología de secuencia significativa con SRC-1, en particular en las regiones N-terminal y C-terminal (HAT), así como en los dominios de interacción de receptor y coactivador . [4] ACTR también interactúa con p300 / CBP y PCAF. El primero puede evitar que ACTR se una a su receptor y lo active acetándolo en su dominio de interacción con el receptor. TIF-2 (factor intermediario transcripcional 2; también conocido como GRIP1) es otro coactivador de receptor nuclear con actividad HAT, y también interactúa con p300 / CBP.

A continuación se presenta una tabla que resume las diferentes familias de HAT junto con sus miembros asociados, organismos parentales, complejos de múltiples subunidades, sustratos de histonas y características estructurales. [1] [4] [6] [8] [10] [11] [12] [13] [14] [15]

FamiliaOrganismoComplejos asociadosEspecificidad del sustratoCaracterísticas estructurales
MOSQUITO
Gcn5S. cerevisiaeSAGA, SLIK (SALSA), ADA, HAT-A2H2B, H3, (H4)Bromodominio
GCN5D. melanogasterSAGA, ATACH3, H4Bromodominio
GCN5H. sapiensSTAGA, TFTCH3, (H4, H2B)Bromodominio
PCAFH. sapiensPCAFH3, H4Bromodominio
Sombrero1S. cerevisiae - H. sapiensHAT-B, NuB4, HAT-A3H4, (H2A)
Elp3S. cerevisiaeAlargadorH3, H4, (H2A, H2B)
Hpa2S. cerevisiaeHAT-BH3, H4
Hpa3S. cerevisiaeH3, H4
ATF-2S. cerevisiae - H. sapiensH2B, H4
Tuerca1S. cerevisiaeMediadorH3, H4
MYST
Esa1S. cerevisiaeNuA4, flautín NuA4H2A, H4, (H2B, H3)Cromodominio
Sas2S. cerevisiaeSAS, NuA4H4, (H2A, H3)
Sas3 (Ybf2)S. cerevisiaeNuA3H3, (H4, H2A)
Consejo60H. sapiensTip60, NuA4H2A, H4, (H3)Cromodominio
MOFD. melanogasterMSLH4, (H2A, H3)Cromodominio
MOZH. sapiensMSLH3, H4
MORFH. sapiensMSLH3, H4
HBO1H. sapiensORCH3, H4
p300 / CBP
p300H. sapiensH2A, H2B, H3, H4Bromodominio
CBPH. sapiensH2A, H2B, H3, H4Bromodominio
SRC (coactivadores de receptores nucleares)
SRC-1H. sapiensACTR / SRC-1H3, H4
ACTR (RAC3, AIB1, TRAM-1, SRC-3)H. sapiensACTR / SRC-1H3, H4
TIF-2 (GRIP1)H. sapiensH3, H4
Otro
TAF II 250 (TAF1)S. cerevisiae - H. sapiensTFIIDH3, H4, (H2A)Bromodominio
TFIIIC (p220, p110, p90)H. sapiensTFIIICH2A, H3, H4
Rtt109S. cerevisiaeChaperonas de histonasH3
RELOJH. sapiensH3, H4

Estructura general [ editar ]

Estructura cristalina de Tetrahymena Gcn5 con coenzima A unida y péptido histona H3 (PDB 1QSN). Se muestran el núcleo central (verde), los segmentos N- y C-terminales flanqueantes (azul), la coenzima A (naranja) y el péptido de histona (rojo).

En general, los HAT se caracterizan por una región central conservada estructuralmente formada por una hoja β de tres hebras seguida de una hélice α larga paralela y que se extiende por un lado de la misma. [5] [6] La región central, que corresponde a los motivos A, B y D de las proteínas GNAT, [3] está flanqueada en lados opuestos por segmentos α / β N- y C-terminales que son estructuralmente únicos para un dada la familia HAT. [5] [6] El núcleo central y los segmentos flanqueantes juntos forman una hendidura sobre el primero, que es donde los sustratos de histonas pueden unirse antes de la catálisis. [6] Mientras que el dominio del núcleo central (motivo A en GNAT) está involucrado en la unión y catálisis de acetil-CoA, los segmentos N- y C-terminales ayudan en la unión de sustratos de histonas. [5] Las características únicas relacionadas con la secuencia y / o estructura de las regiones N- y C-terminales para diferentes familias de HAT pueden ayudar a explicar algunas diferencias observadas entre HAT en la especificidad del sustrato de histonas. Se ha observado que la unión de CoA ensancha el surco de unión de histonas en el núcleo central al mover el segmento C-terminal de Gcn5 hacia afuera. Además, dado que los contactos entre CoA y proteína facilitan la formación de contactos favorables entre histona y proteína, es probable que la unión de CoA preceda a la unión de histonas in vivo .

Familias GNAT y MYST [ editar ]

Los HAT de la familia GNAT se caracterizan más notablemente por un dominio HAT de aproximadamente 160 residuos y un bromodominio C-terminal, que se une a residuos de lisina acetilada. [5] Aquellos en la familia MYST tienen dominios HAT que tienen aproximadamente 250 residuos de longitud. Muchas proteínas MYST también contienen un dominio de unión a zinc rico en cisteína dentro de la región HAT además de un cromodominio N-terminal, que se une a residuos de lisina metilada .

En una escala más amplia, las estructuras de los dominios catalíticos de las proteínas GNAT (Gcn5, PCAF) exhiben un pliegue globular α / β mixto con un total de cinco hélices α y seis hebras β. [3] La topología general se asemeja a un tornillo de banco , con el núcleo central de la proteína en la base y los segmentos N- y C-terminales en los lados.

Familia p300 / CBP [ editar ]

Los HAT p300 / CBP tienen dominios HAT más grandes (aproximadamente 500 residuos) que los presentes en las familias GNAT y MYST. [5] También contienen un bromodominio, así como tres dominios ricos en cisteína / histidina que se cree que median las interacciones con otras proteínas. La estructura de p300 / CBP se caracteriza por un dominio globular alargado, que contiene una hoja β de siete hebras en el centro que está rodeada por nueve hélices α y varios bucles. [7] La estructura de la región del núcleo central asociada con la unión de acetil-CoA se conserva con respecto a GNAT y MYST HAT, pero existen muchas diferencias estructurales en las regiones que flanquean este núcleo central. En general, los datos estructurales son consistentes con el hecho de que los HAT p300 / CBP son más promiscuos que los HAT GNAT y MYST con respecto a la unión del sustrato.

Rtt109 [ editar ]

La estructura de Rtt109 es muy similar a la de p300, a pesar de que solo hay un 7% de identidad de secuencia entre las dos proteínas. [7] Hay una hoja β de siete hebras rodeada por hélices α, así como un bucle que participa en la unión del sustrato acetil-CoA. A pesar de la estructura conservada, Rtt109 y p300 / CBP son funcionalmente únicos. Por ejemplo, el sitio de unión al sustrato del primero es más similar al de GNAT y MYST HAT. Además, los residuos en el sitio activo de cada enzima son distintos, lo que sugiere que emplean diferentes mecanismos catalíticos para la transferencia de grupos acetilo.

Mecanismos catalíticos [ editar ]

El mecanismo básico catalizado por HAT implica la transferencia de un grupo acetilo de acetil-CoA al grupo ε-amino de una cadena lateral de lisina diana dentro de una histona. [6] Las diferentes familias de HAT emplean estrategias únicas para llevar a cabo dicha transformación.

Mecanismos catalíticos de los HAT de la familia GNAT y MYST. (A) Mecanismo general de GNAT HAT. (B) Mecanismo general de MYST HAT.

Familia GNAT [ editar ]

Los miembros de la familia GNAT tienen un residuo de glutamato conservado que actúa como base general para catalizar el ataque nucleofílico de la amina de lisina en el enlace tioéster acetil-CoA. [6] Estos HAT utilizan un mecanismo bi-bi secuencial ordenado en el que ambos sustratos (acetil-CoA e histona) deben unirse para formar un complejo ternario con la enzima antes de que pueda ocurrir la catálisis. La acetil-CoA se une primero, seguida por el sustrato de histona. Un residuo de glutamato conservado (Glu173 en la levadura Gcn5) activa una molécula de agua para la eliminación de un protón del grupo amina en la lisina, que lo activa para el ataque nucleofílico directo sobre el carbono carbonilo de la acetil-CoA unida a la enzima. Después de la reacción, primero se libera la histona acetilada seguida de CoA. [3] [6]

Familia MYST [ editar ]

Los estudios de la levadura Esa1 de la familia MYST de HAT han revelado un mecanismo de ping-pong que involucra residuos conservados de glutamato y cisteína. [16] La primera parte de la reacción implica la formación de un intermedio covalente en el que un residuo de cisteína se acetila tras el ataque nucleofílico de este residuo en el carbono carbonilo de acetil-CoA. Luego, un residuo de glutamato actúa como una base general para facilitar la transferencia del grupo acetilo de la cisteína al sustrato de histona de una manera análoga al mecanismo utilizado por los GNAT. Cuando Esa1 se ensambla en el piccolo NuA4 complejo, pierde su dependencia del residuo de cisteína para la catálisis, lo que sugiere que la reacción puede proceder a través de un mecanismo bi-bi ternario cuando la enzima es parte de un complejo multiproteico fisiológicamente relevante.

Familia p300 / CBP [ editar ]

En la p300 humana, Tyr1467 actúa como un ácido general y Trp1436 ayuda a orientar el residuo de lisina diana del sustrato de histona en el sitio activo. [6] Estos dos residuos están altamente conservados dentro de la familia p300 / CBP HAT y, a diferencia de las enzimas de las familias GNAT y MYST, p300 no emplea una base general para la catálisis. Más bien, es probable que los miembros de la familia p300 / CBP utilicen un mecanismo de transferencia de acetilo de Theorell-Chance (es decir, "golpe y fuga").

Rtt109 [ editar ]

Es probable que Rtt109 emplee un mecanismo diferente al de los otros HAT. [7] La enzima de levadura tiene una actividad catalítica muy baja en ausencia de las proteínas chaperonas de histonas Asf1 y Vps75, que pueden participar en la entrega de sustratos de histonas a la enzima para la acetilación. [6] Además, aún no se ha identificado un ácido o base general para este HAT.

Unión y especificidad del sustrato [ editar ]

Las estructuras de varios dominios HAT unidos a acetil-CoA y péptidos sustrato de histona revelan que estos últimos se unen a través de un surco en la proteína que está formado por la región del núcleo central en la base y está flanqueado en lados opuestos por la variable N- y C -segmentos terminales que median la mayoría de las interacciones con el péptido sustrato. [6] Es probable que estas regiones variables sean al menos en parte responsables de la especificidad observada de diferentes HAT para varios sustratos de histonas.

Los miembros de las familias GNAT y MYST, así como Rtt109, exhiben una mayor selectividad de sustrato que p300 / CBP, que es bastante promiscua con respecto a la unión del sustrato. [6] Si bien parece que solo de tres a cinco residuos a cada lado de la lisina que se va a acetilar son necesarios para que los miembros de las familias GNAT y p300 / CBP los miembros de las familias GNAT y p300 / CBP puedan unirse eficazmente al sustrato y catálisis, las regiones más distales del sustrato pueden ser importantes acetilación eficiente por los HAT de la familia MYST. [17]

Selectividad de lisina [ editar ]

Se ha demostrado que diferentes HAT, generalmente en el contexto de complejos de múltiples subunidades, acetilan residuos de lisina específicos en las histonas.

Familia GNAT [ editar ]

Gcn5 no puede acetilar histonas nucleosómicas en ausencia de otros factores proteicos. [4] En el contexto de complejos como SAGA y ADA, sin embargo, Gcn5 es capaz de acetilar H3K14 entre otros sitios dentro de las histonas H2B, H3 y H4 (por ejemplo, H3K9, H3K36, H4K8, H4K16). [2] [3] [5] [17] Tanto Gcn5 como PCAF tienen la preferencia de sitio más fuerte para H3K14, ya sea como una histona libre o dentro de un nucleosoma. [3] [5] Hat1 acetila H4K5 y H4K12, y Hpa2 acetila H3K14 in vitro . [3] [4]

Familia MYST [ editar ]

En las moscas, la acetilación de H4K16 en el cromosoma X masculino por MOF en el contexto del complejo MSL se correlaciona con la regulación positiva de la transcripción como mecanismo de compensación de la dosis en estos organismos. [1] En los seres humanos, el complejo MSL lleva a cabo la mayor parte de la acetilación de H4K16 en todo el genoma. En el contexto de sus complejos afines, Sas2 (SAS) y Esa1 (NuA4) también llevan a cabo la acetilación de H4K16, en particular en las regiones teloméricas de los cromosomas. También se observa que Sas2 acetila H3K14 in vitro en histonas libres. [10] Esa1 también puede acetilar H3K14 in vitro en histonas libres, así como H2AK5, H4K5, H4K8 y H4K12 in vitro o in vivo.en histonas nucleosomales. También se observa que H2AK7 y H2BK16 son acetilados por Esa1 in vivo . En particular, ni Sas2 ni Esa1 pueden acetilar histonas nucleosomales in vitro como una enzima libre. Este también es el caso de Sas3, que se observa que acetila H3K9 y H3K14 in vivo , así como residuos de lisina en H2A y H4. MOZ también puede acetilar H3K14. [17]

Otros [ editar ]

p300 / CBP acetilan las cuatro histonas del núcleo nucleosómico igualmente bien. [3] In vitro , se ha observado que acetilan H2AK5, H2BK12, H2BK15, H3K14, H3K18, H4K5 y H4K8. [4] SRC-1 acetila H3K9 y H3K14, TAF II 230 (homólogo de Drosophila de TAF II 250 humano ) acetila H3K14 y Rtt109 acetila H3K9, H3K23, [17] y H3K56 en presencia de Asf1 o Vps75. [7]

Sustratos sin histonas ( in vitro ) [ editar ]

Además de las histonas del núcleo, ciertos HAT acetylate un número de otras proteínas celulares, incluyendo activadores de la transcripción , factores de transcripción basal , proteínas estructurales, poliaminas , y proteínas implicadas en la importación nuclear. [3] La acetilación de estas proteínas puede alterar su capacidad para interactuar con su ADN afín y / o sustratos proteicos. La idea de que la acetilación puede afectar la función de la proteína de esta manera ha llevado a investigar el papel de las acetiltransferasas en las vías de transducción de señales y si se puede hacer una analogía apropiada con las quinasas y los eventos de fosforilación a este respecto.

PCAF [ editar ]

PCAF y p300 / CBP son los principales HAT que se ha observado que acetilan una serie de proteínas que no son histonas. Para PCAF, estos incluyen las proteínas de cromatina no histona ( grupo de alta movilidad (HMG) ) HMG-N2 / HMG17 y HMG-I (Y) , los activadores transcripcionales p53 , MyoD , E2F (1-3) y HIV Tat y los factores de transcripción generales TFIIE y TFIIF . [4] Otras proteínas incluyen CIITA , Brm (remodelador de cromatina), NF-κB (p65), TAL1 / SCL , Beta2 / NeuroD , C / EBPβ ,IRF2 , IRF7 , YY1 , KLF13 , EVI1 , AME, ER81 y el receptor de andrógenos (AR) . [18] También se ha observado que el PCAF acetila la proteína de adenovirus c-MYC , GATA-2 , retinoblastoma (Rb) , Ku70 y E1A . [19] También puede autoacetilarse, lo que facilita las interacciones intramoleculares con su bromodominio que puede estar involucrado en la regulación de su actividad HAT. [3]

p300 / CBP [ editar ]

p300 / CBP tiene muchos sustratos que no son histonas, incluidas las proteínas de cromatina no histonas HMG1 , HMG-N1 / HMG14 y HMG-I (Y), los activadores transcripcionales p53, c-Myb , GATA-1 , EKLF , TCF , y Tat del VIH, los coactivadores del receptor nuclear ACTR, SRC-1 y TIF-2, y los factores de transcripción generales TFIIE y TFIIF. [4] Otros sustratos incluyen los factores de transcripción Sp1, KLF5 , FOXO1 , MEF2C , SRY , GATA-4 y HNF-6 , [10] HMG-B2 , [19] STAT3, los receptores de andrógenos y estrógenos (α) , GATA-2, GATA-3 , MyoD, E2F (1-3), p73 α, retinoblastoma (Rb), NF-κB (p50, p65), Smad7 , importin-α , Ku70, YAP1 , [20] proteína de adenovirus E1A y S-HDAg ( antígeno delta pequeño del virus de la hepatitis delta ). [19] También se ha observado que p300 / CBP acetila la β-catenina , RIP140 , PCNA , las enzimas metabólicas del ADN flap endonucleasa-1 , timina ADN glicosilasa y el síndrome de Werner ADN helicasa , STAT6 ,Runx1 (AML1) , UBF, Beta2 / NeuroD, CREB , c-Jun , C / EBPβ, NF-E2 , SREBP , IRF2, Sp3 , YY1, KLF13, EVI1, BCL6 , HNF-4 , ER81 y FOXO4 (AFX) . [18]

Complejos HAT de subunidades múltiples [ editar ]

Se ha observado que la formación de complejos de múltiples subunidades modula la especificidad de sustrato de los HAT. [10] En general, mientras que los HAT recombinantes pueden acetilar histonas libres, los HAT pueden acetilar histonas nucleosomales solo cuando se encuentran en sus respectivos complejos HAT in vivo . [4] Algunas de las proteínas que se asocian con HAT en estos complejos funcionan dirigiendo el complejo HAT a nucleosomas en regiones específicas del genoma . [1] [10] Por ejemplo, se ha observado que los complejos HAT (p. Ej., SAGA, NuA3) a menudo usan histonas metiladas como sitios de acoplamiento para que la subunidad HAT catalítica pueda llevar a cabo la acetilación de histonas de manera más eficaz. [1]

Además, la formación de complejos HAT de múltiples subunidades influye en la especificidad de lisina de los HAT. [10] Los residuos de lisina específicos que acetila un HAT dado pueden tener un alcance más amplio o más restringido al asociarse con su complejo respectivo. Por ejemplo, la especificidad de lisina de los HAT de la familia MYST hacia sus sustratos de histonas se vuelve más restringida cuando se asocian con sus complejos. Por el contrario, Gcn5 adquiere la capacidad de acetilar múltiples sitios en las histonas H2B y H3 cuando se une a otras subunidades para formar los complejos SAGA y ADA. [3] Además, la especificidad del sitio de acetilación de Rtt109 viene dictada por su asociación con Vps75 o Asf1. [17] Cuando forma complejo con el primero, Rtt109 acetila H3K9 y H3K27, pero, cuando forma complejo con el último, acetila preferentemente H3K56. [6]

Regulación de la actividad HAT [ editar ]

La actividad catalítica de los HAT está regulada por dos tipos de mecanismos: (1) interacción con subunidades proteicas reguladoras y (2) autoacetilación. [6] Un HAT dado puede estar regulado de múltiples formas, y el mismo efector puede conducir a diferentes resultados bajo diferentes condiciones. [3] Aunque está claro que la asociación de HAT con complejos multiproteicos proporciona un mecanismo para la regulación tanto de la actividad HAT como de la especificidad del sustrato in vivo , la base molecular de cómo esto ocurre en realidad aún se desconoce en gran medida. [6] Sin embargo, los datos sugieren que las subunidades asociadas pueden contribuir a la catálisis, al menos en parte, al facilitar la unión productiva del complejo HAT a sus sustratos de histonas nativas.

Se ha demostrado que la familia MYST de HAT, p300 / CBP y Rtt109 están reguladas por autoacetilación. [6] El MOF humano, así como la levadura Esa1 y Sas2, se autoacetilan en un residuo de lisina del sitio activo conservado, y esta modificación es necesaria para su función in vivo . El p300 humano contiene un bucle muy básico incrustado en el medio de su dominio HAT que está hiperacetilado en la forma activa de la enzima. [6] [7] Se ha propuesto que, tras la autoacetilación, este bucle se libera del sitio de unión del sustrato electronegativo donde se encuentra en el HAT inactivo. [21] También se requiere la acetilación de la levadura Rtt109 en Lys290 para que exhiba una actividad catalítica completa. [22] Algunos HAT también se inhiben mediante acetilación. Por ejemplo, la actividad HAT del coactivador ACTR del receptor nuclear se inhibe tras la acetilación por p300 / CBP. [3]

Interacción con HDAC [ editar ]

Las histonas acetiltransferasas (HAT) y las histonas desacetilasas (HDAC) se reclutan en sus promotores diana a través de interacciones físicas con factores de transcripción específicos de secuencia. Por lo general, funcionan dentro de un complejo de múltiples subunidades en el que las otras subunidades son necesarias para que modifiquen los residuos de histonas alrededor del sitio de unión. Estas enzimas también pueden modificar proteínas que no son histonas.

Papel biológico [ editar ]

Remodelación de cromatina [ editar ]

Colas de histonas y su función en la formación de cromatina

Las histonas acetiltransferasas cumplen muchas funciones biológicas dentro de la célula. La cromatina es una combinación de proteínas y ADN que se encuentra en el núcleo , y sufre muchos cambios estructurales a medida que ocurren diferentes eventos celulares como la replicación del ADN , la reparación del ADN y la transcripción . [23] La cromatina en la célula se puede encontrar en dos estados: condensada y no condensada. La última, conocida como eucromatina , es transcripcionalmente activa, mientras que la primera, conocida como heterocromatina , es transcripcionalmente inactiva. [23] [24] Las histonas comprenden la porción proteica de la cromatina. Hay cinco proteínas histonas diferentes : H1, H2A, H2B, H3 y H4. Una histona central se forma cuando dos de cada subtipo de histonas, excluyendo H1, forman un complejo cuaternario. Este complejo octamérico, en asociación con los 147 pares de bases de ADN enrollados a su alrededor, forma el nucleosoma . [3] La histona H1 bloquea el complejo de nucleosoma y es la última proteína que se une al complejo.

Las histonas tienden a ser proteínas cargadas positivamente con colas N-terminales que provienen del núcleo. La columna vertebral del fosfodiéster del ADN es negativa, lo que permite fuertes interacciones iónicas entre las proteínas histonas y el ADN. Las histonas acetiltransferasas transfieren un grupo acetilo a residuos de lisina específicos en las histonas, lo que neutraliza su carga positiva y, por lo tanto, reduce las interacciones fuertes entre la histona y el ADN. [23] También se cree que la acetilación perturba las interacciones entre los nucleosomas individuales y actúa como sitios de interacción para otras proteínas asociadas al ADN. [3]

Puede haber diferentes niveles de acetilación de histonas, así como otros tipos de modificaciones, lo que permite que la célula tenga control sobre el nivel de empaquetamiento de cromatina durante diferentes eventos celulares como la replicación, transcripción, recombinación y reparación. La acetilación no es la única modificación postraduccional reguladora de las histonas que dicta la estructura de la cromatina; También se han informado metilación, fosforilación, ADP-ribosilación y ubiquitinación. [3] [23] Estas combinaciones de diferentes modificaciones covalentes en las colas N-terminales de las histonas se han denominado código de histonas , y se cree que este código puede ser hereditario y conservado en la siguiente generación celular. [24]

Las proteínas histonas H3 y H4 son los objetivos principales de los HAT, pero H2A y H2B también se acetilan in vivo . Las lisinas 9, 14, 18 y 23 de H3 y las lisinas 5, 8, 12 y 16 de H4 se dirigen todas para la acetilación. [3] [23] Las lisinas 5, 12, 15 y 20 se acetilan en la histona H2B, mientras que solo se ha observado que las lisinas 5 y 9 se acetilan en la histona H2A. [3] [23] [24] Con tantos sitios diferentes para la acetilación, se puede lograr un alto nivel de especificidad para desencadenar respuestas específicas. Un ejemplo de esta especificidad es cuando la histona H4 se acetila en las lisinas 5 y 12. Este patrón de acetilación se ha observado durante la síntesis de histonas. Otro ejemplo es la acetilación de H4K16, que se ha asociado con la compensación de dosis del cromosoma X masculino en Drosophila melanogaster . [1] [3]

Expresión genética [ editar ]

Esquema que muestra el papel de los HAT en la transcripción de genes.

Las modificaciones de las histonas modulan el empaquetamiento de la cromatina. El nivel de empaquetamiento del ADN es importante para la transcripción de genes, ya que la maquinaria transcripcional debe tener acceso al promotor para que se produzca la transcripción. [3] La neutralización de los residuos de lisina cargados por los HAT permite que la cromatina se descondense para que esta maquinaria tenga acceso al gen a transcribir. Sin embargo, la acetilación no siempre se asocia con una mayor actividad transcripcional. Por ejemplo, la acetilación de H4K12 se ha asociado con cromatina condensada y transcripcionalmente inactiva. [25] Además, algunas modificaciones de las histonas se asocian con una actividad tanto mejorada como reprimida, de una manera dependiente del contexto. [26]

Los HAT actúan como coactivadores transcripcionales o silenciadores de genes y se encuentran con mayor frecuencia en grandes complejos formados por 10 a 20 subunidades, algunas de las cuales se comparten entre diferentes complejos HAT. [23] Estos complejos incluyen SAGA (Spt / Ada / Gcn5L acetiltransferasa), PCAF, ADA (adaptador transcripcional), TFIID (factor de transcripción II D), TFTC (complejo que contiene TAF sin TBP) y NuA3 / NuA4 (acetiltransferasas nucleosómicas de H3 y H4). [1] [23] Estos complejos modulan la especificidad de HAT al llevar los HAT a sus genes diana, donde luego pueden acetilar histonas nucleosomales. [23] Algunos coactivadores transcripcionales de HAT contienen un bromodominio, un módulo de 110 aminoácidos que reconoce residuos de lisina acetilados y está funcionalmente ligado a los coactivadores en la regulación de la transcripción. [27]

Importancia clínica [ editar ]

La capacidad de las histonas acetiltransferasas para manipular la estructura de la cromatina y establecer un marco epigenético las hace esenciales para el mantenimiento y la supervivencia celular. El proceso de remodelación de la cromatina involucra varias enzimas, incluidas las HAT, que ayudan en la reformación de los nucleosomas y son necesarias para que funcionen los sistemas de reparación de daños en el ADN. [28] Se ha implicado a los HAT como accesorios para la progresión de la enfermedad, específicamente en los trastornos neurodegenerativos. Por ejemplo, la enfermedad de Huntington es una enfermedad que afecta las habilidades motoras y mentales. La única mutación conocida que se ha implicado en la enfermedad se encuentra en la región N-terminal de la proteína huntingtina (http) . [29] Se ha informado de que htt interactúa directamente con HAT y reprime la actividad catalítica de p300 / CBP y PCAF in vitro .

El síndrome de envejecimiento prematuro humano La progeria de Hutchinson Gilford es causado por un defecto mutacional en el procesamiento de la lamina A , una proteína de la matriz nuclear . En un modelo de ratón de esta condición, se retrasa el reclutamiento de proteínas reparadoras en los sitios de daño del ADN . El mecanismo molecular subyacente a esta respuesta de reparación retardada implica un defecto de acetilación de histonas. [30] Específicamente, la histona H4 está hipoacetilada en un residuo de lisina 16 (H4K16) y este defecto se debe a una asociación reducida de la histona acetiltransferasa, Mof, a la matriz nuclear [30]

La ataxia espinocerebelosa tipo 1 es una enfermedad neurodegenerativa que surge como resultado de una proteína ataxina-1 mutante defectuosa . La ataxina-1 mutante reduce la acetilación de histonas, lo que da como resultado una transcripción mediada por acetiltransferasa de histonas reprimidas . [31]

Los HAT también se han asociado con el control de las funciones de aprendizaje y memoria. Los estudios han demostrado que los ratones sin PCAF o CBP muestran evidencia de neurodegeneración . [29] Los ratones con deleción de PCAF son incompetentes con respecto al aprendizaje, y aquellos con deleción de CBP parecen sufrir pérdida de memoria a largo plazo. [32]

La mala regulación del equilibrio entre acetilación y desacetilación también se ha asociado con la manifestación de ciertos cánceres. Si se inhiben las histonas acetiltransferasas, es posible que el ADN dañado no se repare, lo que eventualmente conduce a la muerte celular. El control del proceso de remodelación de la cromatina dentro de las células cancerosas puede proporcionar un nuevo objetivo farmacológico para la investigación del cáncer. [33] Atacar estas enzimas dentro de las células cancerosas podría conducir a un aumento de la apoptosis debido a la alta acumulación de daño en el ADN. Uno de esos inhibidores de las histonas acetiltransferasas se llama garcinol. Este compuesto se encuentra dentro de las cáscaras de la fruta garcinia indica , también conocida como mangostán.. Para explorar los efectos del garcinol sobre las histonas acetiltransferasas, los investigadores utilizaron células HeLa . Las células se sometieron a irradiación, creando roturas de doble hebra dentro del ADN, y se introdujo garcinol en las células para ver si influía en la respuesta al daño del ADN. Si el garcinol tiene éxito en inhibir el proceso de unión de extremos no homólogos , un mecanismo de reparación del ADN que muestra preferencia en la fijación de roturas de doble cadena, [34] entonces puede servir como radiosensibilizador , una molécula que aumenta la sensibilidad de las células a la radiación. daño. Los aumentos de la radiosensibilidad pueden aumentar la eficacia de la radioterapia. [33]

Ver también [ editar ]

  • Enzimas modificadoras de histonas
  • Histona desacetilasa (HDAC)
  • Histona metiltransferasa (HMT)
  • Control de la ARN polimerasa por estructura de cromatina
  • Acetiltransferasa

Referencias [ editar ]

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Enlaces externos [ editar ]

  • Histona + acetiltransferasas en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .