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Articulo de referencia

histona acetiltransferasa

{{cite journal | vauthors = Wang Y, Guo Y, Liu K, Yin Z, Liu R, Xia Y, Tan L, Yang P, Lee J et al. | title = KAT2A coupled with the α-KGDH complex acts as a histone H3 succinylt...

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Las histona acetiltransferasas ( HAT ) son enzimas que acetilan aminoácidos de lisina conservados en las proteínas histonas mediante la transferencia de un grupo acetilo del acetil-CoA para formar ε- N -acetillisina . El ADN se enrolla alrededor de las histonas y, al transferir un grupo acetilo a estas, los genes pueden activarse o desactivarse. En general, la acetilación de las histonas aumenta la expresión génica.

En general, la acetilación de histonas está vinculada a la activación transcripcional y asociada a la eucromatina . La eucromatina, al ser menos compacta, permite que los factores de transcripción se unan más fácilmente a los sitios reguladores del ADN, lo que provoca la activación transcripcional. Inicialmente, se pensó que la acetilación de la lisina neutralizaba la carga positiva presente, reduciendo así la afinidad entre la histona y el ADN (con carga negativa), lo que facilita el acceso de los factores de transcripción al ADN . Posteriormente, diversas investigaciones han demostrado que la acetilación de la lisina y otras modificaciones postraduccionales de las histonas generan sitios de unión para dominios específicos de interacción proteína-proteína, como el bromodominio de unión a acetillisina . Las histona acetiltransferasas también pueden acetilar proteínas no histónicas, como receptores nucleares y otros factores de transcripción, para facilitar la expresión génica.

Familias HAT

Las HAT se dividen tradicionalmente en dos clases diferentes según su localización subcelular. [ 2 ] Las HAT de tipo A se encuentran en el núcleo y participan en la regulación de la expresión génica mediante la acetilación de las histonas nucleosomales en el contexto de la cromatina. [ 3 ] Contienen un bromodominio , que les ayuda a reconocer y unirse a los residuos de lisina acetilados en los sustratos de histonas. Gcn5, p300/CBP y TAF II 250 son algunos ejemplos de HAT de tipo A que cooperan con activadores para potenciar la transcripción. Las HAT de tipo B se encuentran en el citoplasma y son responsables de acetilar las histonas recién sintetizadas antes de su ensamblaje en nucleosomas . Estas HAT carecen de bromodominio, ya que sus dianas no están acetiladas. Los grupos acetilo añadidos por las HAT de tipo B a las histonas son eliminados por las HDAC una vez que entran en el núcleo y se incorporan a la cromatina . Hat1 es uno de los pocos ejemplos conocidos de una HAT de tipo B. [ 4 ] A pesar de esta clasificación histórica de las HAT, algunas proteínas HAT funcionan en múltiples complejos o ubicaciones y, por lo tanto, no encajarían fácilmente en una clase particular. [ 5 ]

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

Las HAT se pueden agrupar en varias familias diferentes según la homología de secuencia, así como características estructurales compartidas y funciones. La familia de N -acetiltransferasas relacionadas con Gcn5 (GNAT) incluye Gcn5, PCAF , Hat1, Elp3 , Hpa2, Hpa3, ATF-2 y Nut1. Estas HAT se caracterizan generalmente por la presencia de un bromodominio y se ha descubierto que acetilan residuos de lisina en las histonas H2B , H3 [ 6 ] y H4 [ 2 ] . Todos los miembros de la familia GNAT se caracterizan por hasta cuatro motivos conservados (AD) que se encuentran dentro del dominio catalítico de la HAT. Esto incluye el motivo A, el 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 . [ 4 ] El motivo C se encuentra en la mayoría de los GNAT, pero no está presente en la mayoría de los demás HAT conocidos. [ 5 ] El HAT Gcn5 (control general no represible-5) de levadura es uno de los miembros mejor caracterizados de esta familia. Tiene cuatro dominios funcionales, incluyendo un dominio N-terminal, un dominio catalítico (HAT) altamente conservado, un dominio de interacción con 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 a lo largo de sus secuencias. Estas proteínas tienen una región N-terminal de 400 residuos que está ausente en Gcn5 de levadura, pero sus funciones HAT están conservadas evolutivamente con respecto a esta última. Hat1 fue la primera proteína HAT en ser identificada. Es responsable de la mayor parte de la actividad HAT citoplasmática en levaduras y se une fuertemente a la histona H4 gracias a su asociación con una subunidad adicional, Hat2. Elp3 es un ejemplo de una HAT de tipo A que se encuentra en levaduras. Forma parte de la holoenzima de la ARN polimerasa II y participa en la elongación transcripcional .

Sombreros Myst

La familia MYST de HATs recibe su nombre de sus cuatro miembros fundadores MOZ , Ybf2 (Sas3), Sas2 y Tip60 . [ 2 ] Otros miembros importantes incluyen Esa1 , MOF , MORF y HBO1 . Estas HATs se caracterizan típicamente por la presencia de dedos de zinc y cromodominios , y se ha descubierto 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 las GNATs y que facilita la unión de acetil-CoA. [ 4 ] Una región rica en cisteína ubicada en el extremo N del dominio HAT de las proteínas MYST está involucrada en la unión del zinc, que es esencial para la actividad HAT. [ 7 ] Tip60 (proteína interactiva con Tat, 60 kDa) fue el primer miembro humano de la familia MYST en exhibir actividad HAT. Sas3, presente en levaduras, es un homólogo de MOZ (proteína de dedo de zinc de la leucemia monocítica), un oncogén presente en humanos. Esa1 fue el primer HAT esencial descubierto en levaduras, y MOF es su homólogo en moscas de la fruta. La actividad HAT de este último es necesaria para la transcripción duplicada del cromosoma X masculino ( compensación de dosis ) en moscas. HBO1 humano (HAT unido a ORC1) fue el primer HAT que se demostró que se asocia con componentes del complejo del origen de replicación . MORF (factor relacionado con MOZ) presenta una homología muy cercana con MOZ a lo largo de toda su longitud. [ 5 ] 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

Además de las que pertenecen a las familias GNAT y MYST, existen otras proteínas que se encuentran típicamente en eucariotas superiores y que exhiben actividad HAT. Estas incluyen p300/CBP, coactivadores de receptores nucleares (p. ej., ACTR/SRC-1), TAF II 250, TFIIIC, Rtt109 y CLOCK . p300/CBP es específico de metazoos [ 8 ] y contiene varias regiones de dedos de zinc, un bromodominio, un dominio catalítico (HAT) y regiones que interactúan con otros factores de transcripción. [ 4 ] Es importante destacar que el dominio HAT no muestra homología de secuencia con otros HAT conocidos, [ 9 ] y es necesario para que p300/CBP funcione en la activación transcripcional. [ 4 ] 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 los GNAT. TFIIIC es uno de los factores de transcripción generales involucrados en la transcripción mediada por la ARN polimerasa III . Se ha demostrado que tres componentes en la proteína humana poseen actividad HAT independiente ( hTFIIIC220 , hTFIIIC110 y hTFIIIC90 ). [ 10 ] Rtt109 es un HAT específico de hongos que requiere asociación con proteínas chaperonas de histonas para su actividad. [ 8 ] Las actividades HAT de los coactivadores humanos TAF II 250 y CLOCK no se han estudiado tan extensamente. TAF II 250 es una de las subunidades del factor asociado a TBP de TFIID , y comparte un patrón Gly-X-Gly con Gcn5 que es importante para la actividad HAT. [ 5 ] CLOCK es un regulador maestro del ritmo circadiano que funciona con BMAL1 para llevar a cabo su actividad HAT. [ 11 ]

coactivadores de receptores nucleares

Tres importantes coactivadores de receptores nucleares que muestran actividad HAT son SRC-1 , ACTR y TIF-2 . Se sabe que el SRC-1 humano (coactivador del receptor esteroideo-1) 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 del receptor y del coactivador. [ 5 ] ACTR también interactúa con p300/CBP y PCAF. El primero puede impedir que ACTR se una y active su receptor acetilándolo en su dominio de interacción con el receptor. TIF-2 (factor intermediario transcripcional 2; también conocido como GRIP1) es otro coactivador de receptores nucleares 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 multisubunitarios, sustratos de histonas y características estructurales. [ 2 ] [ 5 ] [ 8 ] [ 10 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]

Estructura general

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

En general, las HAT se caracterizan por una región central estructuralmente conservada compuesta por una lámina β de tres hebras seguida de una larga hélice α paralela a ella y que se extiende a lo largo de uno de sus lados. [ 7 ] [ 8 ] La región central, que corresponde a los motivos A, B y D de las proteínas GNAT, [ 4 ] está flanqueada en lados opuestos por segmentos α/β N- y C-terminales que son estructuralmente únicos para una familia HAT dada. [ 7 ] [ 8 ] 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. [ 8 ] Mientras que el dominio central (motivo A en las GNAT) está involucrado en la unión de acetil-CoA y la catálisis, los segmentos N- y C-terminales ayudan en la unión de los sustratos de histonas. [ 7 ] 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 las 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 histona-proteína favorables, es probable que la unión de CoA preceda a la unión de histonas in vivo .

Familias GNAT y MYST

Las HAT de la familia GNAT se caracterizan principalmente por un dominio HAT de aproximadamente 160 residuos y un bromodominio C-terminal, que se une a residuos de lisina acetilados. [ 7 ] Las de la familia MYST tienen dominios HAT de 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 metilados .

En una escala más amplia, las estructuras de los dominios catalíticos de las proteínas GNAT (Gcn5, PCAF) presentan un plegamiento globular mixto α/β con un total de cinco hélices α y seis hebras β. [ 4 ] La topología general se asemeja a una prensa , con el núcleo central de la proteína en la base y los segmentos N- y C-terminales en los laterales.

Familia p300/CBP

Los HAT p300/CBP tienen dominios HAT más grandes (alrededor de 500 residuos) que los presentes en las familias GNAT y MYST. [ 7 ] También contienen un bromodominio, así como tres dominios ricos en cisteína/histidina que se cree que median interacciones con otras proteínas. La estructura de p300/CBP se caracteriza por un dominio globular alargado, que contiene una lámina β de siete hebras en el centro, rodeada por nueve hélices α y varios bucles. [ 9 ] La estructura de la región central asociada con la unión de acetil-CoA se conserva con respecto a los HAT GNAT y MYST, 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

La estructura de Rtt109 es muy similar a la de p300, a pesar de que solo existe un 7% de identidad de secuencia entre ambas proteínas. [ 9 ] Presenta una lámina β de siete hebras rodeada de hélices α, así como un bucle implicado en la unión del sustrato acetil-CoA. A pesar de su estructura conservada, Rtt109 y p300/CBP son funcionalmente únicas. Por ejemplo, el sitio de unión del sustrato de la primera es más similar al de las HAT GNAT y MYST. Además, los residuos en el sitio activo de cada enzima son distintos, lo que sugiere que emplean diferentes mecanismos catalíticos para la transferencia del grupo acetilo.

Mecanismos catalíticos

El mecanismo básico catalizado por las HAT implica la transferencia de un grupo acetilo del acetil-CoA al grupo ε-amino de una cadena lateral de lisina diana dentro de una histona. [ 8 ] Diferentes familias de HAT emplean estrategias únicas para llevar a cabo dicha transformación.

Mecanismos catalíticos de las familias GNAT y MYST de HAT. (A) Mecanismo general de las HAT GNAT. (B) Mecanismo general de las HAT MYST.

Familia GNAT

Los miembros de la familia GNAT poseen un residuo de glutamato conservado que actúa como base general para catalizar el ataque nucleofílico de la amina de la lisina sobre el enlace tioéster del acetil-CoA. [ 8 ] Estas 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 producirse la catálisis. El acetil-CoA se une primero, seguido del sustrato de histona. Un residuo de glutamato conservado (Glu173 en Gcn5 de levadura) activa una molécula de agua para la eliminación de un protón del grupo amino de la lisina, lo que la activa para el ataque nucleofílico directo sobre el carbono carbonilo del acetil-CoA unido a la enzima. Tras la reacción, la histona acetilada se libera primero, seguida de la CoA. [ 4 ] [ 8 ]

Familia MYST

Estudios de la enzima Esa1 de levadura, perteneciente a la familia MYST de HAT, han revelado un mecanismo de ping-pong que involucra residuos conservados de glutamato y cisteína. [ 18 ] 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 sobre el carbono carbonilo del acetil-CoA. Posteriormente, un residuo de glutamato actúa como base general para facilitar la transferencia del grupo acetilo de la cisteína al sustrato histona, de manera análoga al mecanismo utilizado por las GNAT. Cuando Esa1 se ensambla en el complejo piccolo NuA4 , pierde su dependencia del residuo de cisteína para la catálisis, lo que sugiere que la reacción podría proceder mediante un mecanismo bi-bi ternario cuando la enzima forma parte de un complejo multiproteico fisiológicamente relevante.

Familia p300/CBP

En la p300 humana, Tyr1467 actúa como un ácido general y Trp1436 ayuda a orientar el residuo de lisina diana del sustrato de histona hacia el sitio activo. [ 8 ] Estos dos residuos están altamente conservados dentro de la familia HAT p300/CBP y, a diferencia de las enzimas de las familias GNAT y MYST, la 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

Es probable que Rtt109 emplee un mecanismo diferente al de las otras HAT. [ 9 ] La enzima de levadura tiene una actividad catalítica muy baja en ausencia de las proteínas chaperonas de histonas Asf1 y Vps75, que podrían estar involucradas en el suministro de sustratos de histonas a la enzima para su acetilación. [ 8 ] Además, aún no se ha identificado un ácido o una base general para esta HAT.

Unión al sustrato y especificidad

Las estructuras de varios dominios HAT unidos a acetil-CoA y péptidos sustrato de histonas revelan que estos últimos se unen a través de un surco en la proteína formado por la región central en la base y flanqueado en lados opuestos por los segmentos N- y C-terminales variables que median la mayoría de las interacciones con el péptido sustrato. [ 8 ] Es probable que estas regiones variables sean, al menos en parte, responsables de la especificidad observada de diferentes HAT para diversos 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 al sustrato. [ 8 ] Mientras que parece que solo de tres a cinco residuos a cada lado de la lisina que se va a acetilar son necesarios para la unión efectiva del sustrato y la catálisis por parte de los miembros de las familias GNAT y p300/CBP, las regiones más distales del sustrato pueden ser importantes para la acetilación eficiente por parte de las HAT de la familia MYST. [ 19 ]

Selectividad de lisina

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

Familia GNAT

Gcn5 no puede acetilar las histonas nucleosomales en ausencia de otros factores proteicos. [ 5 ] Sin embargo, en el contexto de complejos como SAGA y ADA, Gcn5 puede acetilar H3K14 entre otros sitios dentro de las histonas H2B, H3 y H4 (por ejemplo, H3K9, H3K36, H4K8, H4K16). [ 3 ] [ 4 ] [ 7 ] [ 19 ] Tanto Gcn5 como PCAF tienen la mayor preferencia de sitio para H3K14, ya sea como una histona libre o dentro de un nucleosoma. [ 4 ] [ 7 ] Hat1 acetila H4K5 y H4K12, y Hpa2 acetila H3K14 in vitro . [ 4 ] [ 5 ]

Familia MYST

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 transcripcional como un mecanismo para la compensación de dosis en estos organismos. [ 2 ] En 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 cognados, 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. [ 12 ] Esa1 también puede acetilar H3K14 in vitro en histonas libres, así como H2AK5, H4K5, H4K8 y H4K12 ya sea in vitro o in vivo en histonas nucleosomales. También se observa que H2AK7 y H2BK16 son acetilados por Esa1 in vivo . Cabe destacar que ni Sas2 ni Esa1 pueden acetilar histonas nucleosomales in vitro como enzimas libres. Lo mismo ocurre con Sas3, que se ha observado que acetila H3K9 y H3K14 in vivo , así como residuos de lisina en H2A y H4. MOZ también puede acetilar H3K14. [ 19 ]

Otros

p300/CBP acetilan las cuatro histonas centrales nucleosomales por igual. [ 4 ] In vitro , se ha observado que acetilan H2AK5, H2BK12, H2BK15, H3K14, H3K18, H4K5 y H4K8. [ 5 ] SRC-1 acetila H3K9 y H3K14, TAF II 230 (homólogo de Drosophila de TAF II 250 humano) acetila H3K14, y Rtt109 acetila H3K9, H3K23, [ 19 ] y H3K56 en presencia de Asf1 o Vps75. [ 9 ]

Sustratos no histónicos ( in vitro )

Además de las histonas centrales, ciertas HAT acetilan otras proteínas celulares, como activadores transcripcionales , factores de transcripción basales , proteínas estructurales, poliaminas y proteínas implicadas en la importación nuclear. [ 4 ] La acetilación de estas proteínas puede alterar su capacidad de interactuar con sus sustratos de ADN y/o proteínas correspondientes. La idea de que la acetilación pueda afectar la función proteica de esta manera ha llevado a investigar el papel de las acetiltransferasas en las vías de transducción de señales y si se puede establecer una analogía adecuada con las quinasas y los eventos de fosforilación en este sentido.

PCAF

PCAF y p300/CBP son los principales HAT que se ha observado que acetilan una serie de proteínas no histonas. Para PCAF, estas incluyen las proteínas de cromatina no histonas ( 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 . [ 5 ] 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) . [ 20 ] También se ha observado que PCAF acetila c-MYC , GATA-2 , retinoblastoma (Rb) , Ku70 y la proteína E1A del adenovirus. [ 21 ] También puede autoacetilarse, lo que facilita las interacciones intramoleculares con su bromodominio que pueden estar involucradas en la regulación de su actividad HAT. [ 4 ]

p300/CBP

p300/CBP tiene muchos sustratos no histónicos, incluidas las proteínas de cromatina no histónicas HMG1 , HMG-N1/HMG14 y HMG-I(Y), los activadores transcripcionales p53, c-Myb , GATA-1 , EKLF , TCF y HIV Tat, los coactivadores de receptores nucleares ACTR, SRC-1 y TIF-2, y los factores de transcripción generales TFIIE y TFIIF. [ 5 ] Otros sustratos incluyen los factores de transcripción Sp1, KLF5 , FOXO1 , MEF2C , SRY , GATA-4 y HNF-6 , [ 12 ] HMG-B2 , [ 21 ] 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 , importina-α , Ku70, YAP1 , [ 22 ] proteína de adenovirus E1A y S-HDAg ( antígeno delta pequeño del virus de la hepatitis delta ). [ 21 ] También se ha observado que p300/CBP acetila β-catenina , RIP140 , PCNA , las enzimas metabólicas del ADN flap endonucleasa-1 , timina ADN glicosilasa y helicasa de ADN del síndrome de Werner , 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) . [ 20 ]

Complejos HAT multisubunitarios

Se ha observado que la formación de complejos multisubunitarios modula la especificidad del sustrato de las HAT. [ 12 ] En general, mientras que las HAT recombinantes pueden acetilar histonas libres, las HAT solo pueden acetilar histonas nucleosomales cuando se encuentran en sus respectivos complejos HAT in vivo . [ 5 ] Algunas de las proteínas que se asocian con las HAT en estos complejos funcionan dirigiendo el complejo HAT a los nucleosomas en regiones específicas del genoma . [ 2 ] [ 12 ] Por ejemplo, se ha observado que los complejos HAT (p. ej., SAGA, NuA3) a menudo utilizan histonas metiladas como sitios de anclaje para que la subunidad catalítica HAT pueda llevar a cabo la acetilación de histonas de manera más eficaz. [ 2 ]

Además, la formación de complejos HAT multisubunitarios influye en la especificidad de lisina de los HAT. [ 12 ] Los residuos de lisina específicos que acetila un HAT determinado pueden volverse más amplios o más restringidos en su alcance 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 restringe más cuando se asocian con sus complejos. En contraste, 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. [ 4 ] Además, la especificidad del sitio de acetilación de Rtt109 está determinada por su asociación con Vps75 o Asf1. [ 19 ] Cuando está en complejo con el primero, Rtt109 acetila H3K9 y H3K27, pero, cuando está en complejo con el segundo, acetila preferentemente H3K56. [ 8 ]

Regulación de la actividad HAT

La actividad catalítica de las HAT está regulada por dos tipos de mecanismos: (1) interacción con subunidades de proteínas reguladoras y (2) autoacetilación. [ 8 ] Una HAT determinada puede ser regulada de múltiples maneras, y el mismo efector puede conducir a resultados diferentes bajo diferentes condiciones. [ 4 ] Si bien es claro que la asociación de las HAT con complejos multiproteicos proporciona un mecanismo para la regulación tanto de la actividad de la HAT como de la especificidad del sustrato in vivo , la base molecular de cómo ocurre esto realmente aún es en gran parte desconocida. [ 8 ] 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 nativos.

Se ha demostrado que la familia MYST de HAT, p300/CBP y Rtt109 están reguladas por autoacetilación. [ 8 ] La MOF humana, así como Esa1 y Sas2 de levadura, se autoacetilan en un residuo de lisina conservado del sitio activo, y esta modificación es necesaria para su función in vivo . La p300 humana contiene un bucle altamente básico incrustado en el medio de su dominio HAT que está hiperacetilado en la forma activa de la enzima. [ 8 ] [ 9 ] Se ha propuesto que, tras la autoacetilación, este bucle se libera del sitio de unión del sustrato electronegativo donde se encuentra en la HAT inactiva. [ 23 ] La acetilación de Rtt109 de levadura en Lys290 también es necesaria para que exhiba actividad catalítica completa. [ 24 ] Algunas HAT también son inhibidas por acetilación. Por ejemplo, la actividad HAT del coactivador del receptor nuclear ACTR se inhibe tras la acetilación por p300/CBP. [ 4 ]

Interacción con HDAC

Las histona acetiltransferasas (HAT) y las histona deacetilasas (HDAC) se unen a sus promotores diana mediante interacciones físicas con factores de transcripción específicos de secuencia. Generalmente funcionan dentro de un complejo multisubunitario, donde las demás subunidades son necesarias para que modifiquen los residuos de histonas alrededor del sitio de unión. Estas enzimas también pueden modificar proteínas no histónicas.

Función biológica

Remodelación de la cromatina

Las colas de las histonas y su función en la formación de la cromatina.

Las histona acetiltransferasas desempeñan muchas funciones biológicas dentro de la célula. La cromatina es una combinación de proteínas y ADN que se encuentra en el núcleo y experimenta muchos cambios estructurales a medida que ocurren diferentes eventos celulares como la replicación del ADN , la reparación del ADN y la transcripción . [ 25 ] La cromatina en la célula puede encontrarse en dos estados: condensada y no condensada. Esta última, conocida como eucromatina , es transcripcionalmente activa, mientras que la primera, conocida como heterocromatina , es transcripcionalmente inactiva. [ 25 ] [ 26 ] Las histonas constituyen 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 histona, 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 . [ 4 ] La histona H1 mantiene unido el complejo del nucleosoma, y ​​es la última proteína en unirse al complejo.

Las histonas suelen ser proteínas con carga positiva y colas N-terminales que parten del núcleo. El esqueleto fosfodiéster del ADN es negativo, lo que permite fuertes interacciones iónicas entre las proteínas histonas y el ADN. Las histona 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 fuertes interacciones entre la histona y el ADN. [ 25 ] También se cree que la acetilación altera las interacciones entre nucleosomas individuales y actúa como sitios de interacción para otras proteínas asociadas al ADN. [ 4 ]

Pueden existir diferentes niveles de acetilación de histonas, así como otros tipos de modificaciones, lo que permite a la célula controlar el nivel de empaquetamiento de la cromatina durante diferentes eventos celulares como la replicación, la transcripción, la recombinación y la reparación. La acetilación no es la única modificación postraduccional reguladora de las histonas que determina la estructura de la cromatina; también se han descrito la metilación, la fosforilación, la ADP-ribosilación y la ubiquitinación. [ 4 ] [ 25 ] Estas combinaciones de diferentes modificaciones covalentes en las colas N-terminales de las histonas se conocen como el código de histonas , y se cree que este código puede ser heredable y conservarse en la siguiente generación celular. [ 26 ]

Las proteínas histonas H3 y H4 son los objetivos principales de las 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 son todas objetivo de acetilación. [ 4 ] [ 25 ] 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. [ 4 ] [ 25 ] [ 26 ] Con tantos sitios diferentes para la acetilación, se puede lograr un alto nivel de especificidad en el desencadenamiento de 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 visto 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 . [ 2 ] [ 4 ]

expresión génica

Esquema que muestra el papel de las HAT en la transcripción genética.

Las modificaciones de las histonas modulan el empaquetamiento de la cromatina. El nivel de empaquetamiento del ADN es importante para la transcripción génica, ya que la maquinaria transcripcional debe tener acceso al promotor para que se produzca la transcripción. [ 4 ] La neutralización de los residuos de lisina cargados por las HAT permite que la cromatina se descondense para que esta maquinaria tenga acceso al gen que se va 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 una cromatina condensada e inactiva transcripcionalmente. [ 27 ] Además, algunas modificaciones de las histonas se asocian tanto con una mayor como con una menor actividad, de forma dependiente del contexto. [ 28 ]

Las HAT actúan como coactivadores transcripcionales o silenciadores génicos 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. [ 25 ] Estos complejos incluyen SAGA (acetiltransferasa Spt/Ada/Gcn5L), PCAF, ADA (adaptador transcripcional), TFIID (factor de transcripción II D), TFTC (complejo que contiene TAF libre de TBP) y NuA3/NuA4 (acetiltransferasas nucleosomales de H3 y H4). [ 2 ] [ 25 ] Estos complejos modulan la especificidad de las HAT al llevarlas a sus genes diana donde pueden acetilar las histonas nucleosomales. [ 25 ] Algunos coactivadores transcripcionales HAT contienen un bromodominio , un módulo de 110 aminoácidos que reconoce residuos de lisina acetilados y está funcionalmente vinculado a los coactivadores en la regulación de la transcripción. [ 29 ]

Importancia clínica

La capacidad de las histona 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 del daño del ADN. [ 30 ] Las HAT se han implicado como accesorios en la progresión de enfermedades, específicamente en trastornos neurodegenerativos. Por ejemplo, la enfermedad de Huntington es una enfermedad que afecta las habilidades motoras y las capacidades mentales. La única mutación conocida que se ha implicado en la enfermedad está en la región N-terminal de la proteína huntingtina (htt) . [ 31 ] Se ha informado que htt interactúa directamente con las HAT y reprime la actividad catalítica de p300/CBP y PCAF in vitro .

El síndrome de envejecimiento prematuro humano 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 afección, el reclutamiento de proteínas de reparación a los sitios de daño del ADN se retrasa. El mecanismo molecular subyacente a esta respuesta de reparación retardada implica un defecto de acetilación de histonas. [ 32 ] 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. [ 32 ]

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 resulta en la represión de la transcripción mediada por la histona acetiltransferasa . [ 33 ]

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 presentan evidencia de neurodegeneración . [ 31 ] Los ratones con deleción de PCAF son incompetentes en cuanto al aprendizaje, y aquellos con deleción de CBP parecen sufrir pérdida de memoria a largo plazo. [ 34 ]

La desregulación del equilibrio entre acetilación y desacetilación también se ha asociado con la manifestación de ciertos cánceres. Si se inhiben las histona acetiltransferasas, el ADN dañado puede no repararse, lo que eventualmente conduce a la muerte celular. Controlar el proceso de remodelación de la cromatina dentro de las células cancerosas puede proporcionar una nueva diana farmacológica para la investigación del cáncer. [ 35 ] 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 estos inhibidores de las histona acetiltransferasas se llama garcinol. Este compuesto se encuentra en la cáscara del fruto de Garcinia indica , también conocido como mangostán . Para explorar los efectos del garcinol en las histona acetiltransferasas, los investigadores utilizaron células HeLa . Las células se sometieron a irradiación, creando roturas de doble cadena en el ADN, y se introdujo garcinol en las células para ver si influía en la respuesta al daño del ADN. Si el garcinol logra inhibir el proceso de unión de extremos no homólogos , un mecanismo de reparación del ADN que muestra preferencia por reparar roturas de doble cadena, [ 36 ] entonces podría funcionar como radiosensibilizador , una molécula que aumenta la sensibilidad de las células al daño por radiación. El aumento de la radiosensibilidad podría incrementar la eficacia de la radioterapia. [ 35 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Wang Y, Guo Y, Liu K, Yin Z, Liu R, Xia Y, Tan L, Yang P, Lee J, et  al. (6 de diciembre de 2017). "KAT2A acoplada al complejo α-KGDH actúa como una succiniltransferasa de histona H3" . Nature . 552 ( 7684): 273–277 . Bibcode : 2017Natur.552..273W . doi : 10.1038/nature25003 . PMC 5841452. PMID 29211711 .  
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Lee KK, Workman JL (abril de 2007). "Complejos de histona acetiltransferasa: no existe una solución única". Nature Reviews. Biología celular molecular . 8 (4): 284– 95. doi : 10.1038/nrm2145 . PMID 17380162 . S2CID 1091590 .  
  3. 1 2 Weaver R (2007). Biología molecular . McGraw-Hill. ISBN 978-0073319940.
  4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Roth SY, Denu JM, Allis CD (2001). "Histona acetiltransferasas" . Annual Review of Biochemistry . 70 : 81–120 . doi : 10.1146/annurev.biochem.70.1.81 . PMID 11395403 . 
  5. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Sterner DE, Berger SL (junio de 2000). "Acetilación de histonas y factores relacionados con la transcripción" . Microbiology and Molecular Biology Reviews . 64 (2): 435– 59. doi : 10.1128/MMBR.64.2.435-459.2000 . PMC 98999. PMID 10839822 .  
  6. ↑ Müller, Manuel M.; Muir, Tom W. (2014-10-20). "Histonas: En la encrucijada de la química de péptidos y proteínas" . Chemical Reviews . 115 ( 6). American Chemical Society : 2296–2349 . doi : 10.1021/cr5003529 . ISSN 0009-2665 . PMC 4378460. PMID 25330018. S2CID 33098192 .     Esta revisión cita esta investigación. Mittal, C; Blacketer, MJ; Shogren-Knaak, MA (2014). "Secuenciación de acetilación de nucleosomas para estudiar el establecimiento de la acetilación de la cromatina" . Analytical Biochemistry . 457 (457): 51– 8. doi : 10.1016/j.ab.2014.04.024 . PMID 24769374 . 
  7. 1 2 3 4 5 6 7 8 Marmorstein R (agosto de 2001). "Estructura de las histona acetiltransferasas" . Journal of Molecular Biology . 311 (3): 433– 44. doi : 10.1006/jmbi.2001.4859 . PMID 11492997 . 
  8. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Yuan H, Marmorstein R (febrero de 2013). "Histona acetiltransferasas: contrapartes antiguas emergentes de las quinasas de proteínas" . Biopolymers . 99 ( 2): 98–111 . doi : 10.1002/bip.22128 . PMC 4017165. PMID 23175385 .  
  9. 1 2 3 4 5 6 Marmorstein R, Trievel RC (enero de 2009). "Enzimas modificadoras de histonas: estructuras, mecanismos y especificidades" . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Mecanismos de regulación génica . 1789 (1): 58– 68. doi : 10.1016/j.bbagrm.2008.07.009 . PMC 4059211. PMID 18722564 .  
  10. 1 2 Ogryzko VV (mayo de 2001). " Histona acetiltransferasas de mamíferos y sus complejos" . Cellular and Molecular Life Sciences . 58 ( 5–6 ): 683–92 . doi : 10.1007/PL00000892 . PMC 11337353. PMID 11437230. S2CID 20905209 .   
  11. ↑ Doi M, Hirayama J, Sassone-Corsi P (mayo de 2006). " El regulador circadiano CLOCK es una histona acetiltransferasa" . Cell . 125 (3): 497– 508. doi : 10.1016/j.cell.2006.03.033 . PMID 16678094. S2CID 5968161 .  
  12. 1 2 3 4 5 6 Kimura A, Matsubara K, Horikoshi M (diciembre de 2005). "Una década de acetilación de histonas: marcando cromosomas eucariotas con códigos específicos" . Journal of Biochemistry . 138 (6): 647– 62. doi : 10.1093/jb/mvi184 . PMID 16428293 . 
  13. ↑ Marmorstein R, Roth SY (abril de 2001). "Histona acetiltransferasas: función, estructura y catálisis" . Current Opinion in Genetics & Development . 11 (2): 155– 61. doi : 10.1016/S0959-437X(00)00173-8 . PMID 11250138 . 
  14. ↑ Anamika K, Krebs AR, Thompson J, Poch O, Devys D, Tora L (octubre de 2010). "Lecciones de estudios de todo el genoma: una definición integrada de la función coactivadora de las histona acetiltransferasas" . Epigenetics & Chromatin . 3 (1) 18. doi : 10.1186/1756-8935-3-18 . PMC 2972259. PMID 20961410 .  
  15. ↑ Carrozza MJ, Utley RT, Workman JL, Côté J (junio de 2003). "Las diversas funciones de los complejos de histona acetiltransferasa" . Trends in Genetics . 19 (6): 321–9 . doi : 10.1016/S0168-9525(03)00115-X . PMID 12801725 . 
  16. ↑ Torok MS, Grant PA (2004). "Las proteínas histona acetiltransferasa contribuyen a los procesos transcripcionales en múltiples niveles" . Proteínas en la transcripción eucariota . Avances en química de proteínas. Vol. 67. Academic Press. págs. 181–99 . doi : 10.1016/S0065-3233(04)67007-0 . ISBN   9780120342679. PMID 14969728 . 
  17. ↑ Vernarecci S, Tosi F, Filetici P (febrero de 2010). "Ajuste de la cromatina acetilada con inhibidores de HAT: una nueva herramienta para la terapia" . Epigenética . 5 (2): 105–11 . doi : 10.4161/epi.5.2.10942 . PMID 20160510 . 
  18. ↑ Berndsen CE, Albaugh BN, Tan S, Denu JM (enero de 2007). "Mecanismo catalítico de una histona acetiltransferasa de la familia MYST" . Biochemistry . 46 (3): 623– 9. doi : 10.1021/bi602513x . PMC 2752042. PMID 17223684 .  
  19. 1 2 3 4 5 Berndsen CE, Denu JM (diciembre de 2008). "Catálisis y selección de sustrato por histonas/proteínas lisina acetiltransferasas" . Current Opinion in Structural Biology . 18 (6): 682– 9. doi : 10.1016/j.sbi.2008.11.004 . PMC 2723715. PMID 19056256 .  
  20. 1 2 Yang XJ (octubre de 2004). "Acetilación de lisina y el bromodominio: una nueva asociación para la señalización". BioEssays . 26 ( 10): 1076– 87. doi : 10.1002/bies.20104 . PMID 15382140. S2CID 36755688 .  
  21. 1 2 3 Glozak MA, Sengupta N, Zhang X, Seto E (diciembre de 2005). "Acetilación y desacetilación de proteínas no histonas" . Gene . 363 : 15–23 . doi : 10.1016/j.gene.2005.09.010 . PMID 16289629 . 
  22. ↑ Hata S, Hirayama J, Kajiho H, Nakagawa K, Hata Y, Katada T, Furutani-Seiki M, Nishina H (junio de 2012). "Un nuevo ciclo de acetilación de la proteína asociada al coactivador de la transcripción Yes, que se encuentra aguas abajo de la vía Hippo, se activa en respuesta a agentes alquilantes SN2" . The Journal of Biological Chemistry . 287 (26): 22089–98 . doi : 10.1074/jbc.M111.334714 . PMC 3381167. PMID 22544757 .  
  23. ↑ Liu X, Wang L, Zhao K, Thompson PR, Hwang Y, Marmorstein R, Cole PA (febrero de 2008). " La base estructural de la acetilación de proteínas por el coactivador transcripcional p300/CBP" . Nature . 451 (7180): 846– 50. Bibcode : 2008Natur.451..846L . doi : 10.1038/nature06546 . PMID 18273021. S2CID 4426988 .  
  24. ↑ Albaugh BN, Arnold KM, Lee S, Denu JM (julio de 2011). "Autoacetilación de la histona acetiltransferasa Rtt109" . The Journal of Biological Chemistry . 286 (28): 24694–701 . doi : 10.1074/jbc.M111.251579 . PMC 3137045. PMID 21606491 .  
  25. ^ Voet D , Voet JG ( 2004 ) . Bioquímica (3ª ed.). Hoboken, Nueva Jersey: John Wiley & Sons. ISBN  978-0-471-19350-0.
  26. 1 2 3 Tropp BE (2008). Biología molecular : de los genes a las proteínas (3.ª ed.). Sudbury, Mass.: Jones and Bartlett Publishers. ISBN   9780763709167.
  27. ↑ Grunstein M (septiembre de 1997). "Acetilación de histonas en la estructura de la cromatina y la transcripción" . Nature . 389 ( 6649): 349– 52. Bibcode : 1997Natur.389..349G . doi : 10.1038/38664 . PMID 9311776. S2CID 4419816 .  
  28. ↑ Voichek Y, Bar-Ziv R, Barkai N (marzo de 2016). "Homeostasis de la expresión durante la replicación del ADN" . Science . 351 ( 6277): 1087–90 . Bibcode : 2016Sci...351.1087V . doi : 10.1126/science.aad1162 . PMID 26941319. S2CID 32751800 .  
  29. ↑ Dhalluin C, Carlson JE, Zeng L, He C, Aggarwal AK, Zhou MM (junio de 1999). "Estructura y ligando de un bromodominio de histona acetiltransferasa" . Nature . 399 ( 6735): 491–6 . Bibcode : 1999Natur.399..491D . doi : 10.1038/20974 . PMID 10365964. S2CID 1210925 .  
  30. ↑ Rossetto D, Truman AW, Kron SJ, Côté J (septiembre de 2010). "Modificaciones epigenéticas en la señalización y reparación del daño del ADN por rotura de doble cadena" . Clinical Cancer Research . 16 (18): 4543– 52. doi : 10.1158/1078-0432.CCR-10-0513 . PMC 2940951. PMID 20823147 .  
  31. 1 2 Klein G, Vande Woude GF (2002). Avances en la investigación del cáncer, volumen 86. Boston: Academic Press. ISBN 978-0-12-006686-5.
  32. 1 2 Krishnan V, Chow MZ, Wang Z, Zhang L, Liu B, Liu X, Zhou Z (julio de 2011). "La hipoacetilación de la lisina 16 de la histona H4 se asocia con una reparación defectuosa del ADN y senescencia prematura en ratones deficientes en Zmpste24" . Proc . Natl. Acad. Sci. USA . 108 (30): 12325–30 . Bibcode : 2011PNAS..10812325K . doi : 10.1073/pnas.1102789108 . PMC 3145730. PMID 21746928 .  
  33. ↑ Cvetanovic M, Kular RK, Opal P (diciembre de 2012). "LANP media la patología neurítica en la ataxia espinocerebelosa tipo 1" . Neurobiol . Dis . 48 (3): 526–32 . doi : 10.1016/j.nbd.2012.07.024 . PMC 3987943. PMID 22884877 .  
  34. ↑ Furdas SD, Kannan S, Sippl W, Jung M (enero de 2012). "Inhibidores de moléculas pequeñas de las histona acetiltransferasas como herramientas epigenéticas y candidatos a fármacos" . Archiv der Pharmazie . 345 (1): 7– 21. doi : 10.1002/ardp.201100209 . PMID 22234972. S2CID 3125138 .  
  35. 1 2 Oike T, Ogiwara H, Torikai K, Nakano T, Yokota J, Kohno T (noviembre de 2012). "El garcinol, un inhibidor de la histona acetiltransferasa, radiosensibiliza las células cancerosas al inhibir la unión de extremos no homólogos" . International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics . 84 (3): 815– 21. doi : 10.1016/j.ijrobp.2012.01.017 . PMID 22417805 . 
  36. ↑ Burma S, Chen BP, Chen DJ (septiembre de 2006). "Función de la unión de extremos no homólogos (NHEJ) en el mantenimiento de la integridad genómica" . Reparación del ADN . 5 ( 9–10 ): 1042–8 . ​​doi : 10.1016/j.dnarep.2006.05.026 . PMID 16822724 .