Histondeacetylaser ( Histoneacetylaser , HDACs ), ( EC 3.5.1 ) är enzymer som katalyserar avlägsnandet av acetylgruppen av ε-N-acetyl-lysin i histoner , infört av histonacetylaser (HAT) i resterna K3 och K14 av histon H3 och K5, K8, K12 och K16 av histon H4, såväl som rester av vissa lysiner av histon H2A och H2B. Genom att modifiera histoner och ändra kromatinkonformation spelar histondeacetylaser en viktig roll i regleringen av genuttryck . Medan histonhyperacetylering av histonacetylaser vanligtvis förknippas med en ökning av transkriptionsaktivitet, orsakar histondeacetylaser hypoacetylering och, som ett resultat, genrepression. Hypoacetylering leder till en minskning av gapet mellan nukleosomen och DNA-såret runt den. Närmare packning av DNA minskar dess tillgänglighet till transkriptionsfaktorer, vilket resulterar i transkriptionsförtryck. Vanligtvis verkar histondeacetylaser som en del av stora komplex, tillsammans med andra proteiner, och hämmar kromatinaktiviteten. Substrat av histondeacetylaser kan inte bara vara histoner, utan även vissa andra proteiner (p53, E2F, a-tubulin och MyoD).
Familjen består av 18 proteiner som tillhör 4 klasser. 11 representanter tillhörande I (reducerat kaliumberoende 3 (RPD3)-liknande; HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC8), II (jästhistondeacetylas klass 1, Hda1; inte att förväxla med HDACI!; HDAC4, HDAC5, HDAC6, HDAC7 , HDAC9, HDAC10) och klass IV (HDAC11) kallas "klassiska" histondeacetylaser, medan medlemmar av klass III kallas sirtuiner. Representanter för klass I och II hämmas av trichostatin A (TCA, TSA), medan representanter för andra klasser är okänsliga för det.
I växter inkluderar familjen histon-deacetylaser också 18 representanter som tillhör 3 klasser: I (RPD3-liknande), HD-tuiner (finns endast i växter) och sirtuiner.
| Klass | Enzym | Antal katalytiska platser | Cellulär lokalisering | vävnadsfördelning | Substrat(er) | Interagerande proteiner | Knockout-fenotyp |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| jag | HDAC1 | ett | Kärna | Universell | Androgenreceptor , SHP , p53 , MyoD , E2F1 , STAT3 | - | embryonal dödlighet, ökad histonacetylering, ökade nivåer av p21 och p27 |
| HDAC2 | ett | Kärna | Universell | Glukokortikoidreceptor , YY1 , BCL6 , STAT3 | - | hjärtfel | |
| HDAC3 | ett | Kärna | Universell | SHP , YY1 , GATA1 , RELA , STAT3 , MEF2D | - | - | |
| HDAC8 | ett | Kärna | Universell (?) | - | EST1B | - | |
| IIA | HDAC4 | ett | Kärna / cytoplasma | hjärta, skelettmuskel, hjärna | GCMA , GATA1 , HP1 | RFXANK | Störningar av kondrocytdifferentiering |
| HDAC5 | ett | Kärna / cytoplasma | hjärta, skelettmuskel, hjärna | GCMA , SMAD7 , HP1 | REA , Östrogenreceptor | hjärtfel | |
| HDAC7 | ett | Kärna / cytoplasma | hjärta, skelettmuskel, bukspottkörtel, moderkaka | PLAG1 , PLAG2 | HIF1A , BCL6 , endotelinreceptorer , ACTN1 , ACTN4 , androgenreceptor , Tip60 | Reglering av vaskulär integritet, ökning av MMP10 | |
| HDAC9 | ett | Kärna / cytoplasma | skelettmuskler, hjärna | - | FOXP3 | hjärtfel | |
| IIB | HDAC6 | 2 | Mest cytoplasma | hjärta, lever, njurar, moderkaka | a-Tubulin , HSP90 , SHP , SMAD7 | RUNX2 | - |
| HDAC10 | ett | Mest cytoplasma | lever, mjälte, njurar | - | - | - | |
| III | däggdjurssirtuiner ( SIRT1 , SIRT2 , SIRT3 , SIRT4 , SIRT5 , SIRT6 , SIRT7 ) | - | - | - | - | - | - |
| Sir2 jäst S. cerevisiae | - | - | - | - | - | - | |
| IV | HDAC11 | 2 | Kärna / cytoplasma | hjärna, hjärta, skelettmuskulatur, njure | - | - | - |
Alla histondeacetylaser, förutom klass III, innehåller zink och är därför zinkberoende. [ett]
Den 390 aminosyror långa sekvensen bildar den katalytiska domänen av klassiska HDAC, som också inkluderar högkonserverade aminosyror. Den aktiva platsen är en lätt böjd rörformad ficka med bredare botten. Acetylgruppen avlägsnas genom ett laddningsomvändningssystem bestående av två intilliggande histidiner, två aspartater (ca 30 aminosyror bortsett från histidinerna, åtskilda av ca 6 aminosyror) och en tyrosin (123 aminosyror från aspartaterna). En viktig komponent i laddningsväxlingssystemet är Zn 2+ bundet i botten av fickan. Andra kofaktorer är också viktiga för katalys: de flesta rekombinanta histondeacetylaser är inaktiva.
En egenskap hos sirtuiner (namnet är taget från en av representanterna - tyst informationsregulator 2 (Sir2)) - användningen av NAD + som ett substrat. De är inte känsliga för TCA-hämning, men är känsliga för sirtinol. I jäst deacetylerar den huvudsakligen H4K16, H3K56 och H3K9; i mindre utsträckning - H3K14. Jäst Sir2 är primärt involverad i tystandet av telomera sekvenser, rRNA , det tysta stället av parningstyp, och även i undertryckandet av rDNA- rekombination . Sir2 är också involverat i regleringen av livslängden: det är involverat i att förhindra bildandet av extrakromosomala rDNA-ringar associerade med cellåldring . Sir2 i jäst , såväl som dess däggdjurshomologer, spelar nyckelroller i epigenetisk gentystnad , DNA-reparation och rekombination, cellcykel , mikrotubuliorganisation och reglering av åldrande.
För närvarande finns det ett antal histon-deacetylashämmare, allt från komplexa föreningar isolerade från bakterier och svampar (TCA, tapoxin) till relativt enkla föreningar (butyrat). De flesta HDACi har en trekomponentstruktur som består av ett zinkbindande ställe, en linker och en sekvens som interagerar med aminosyrarester vid ingången till det aktiva HDAC-stället. Klassiska deacetylashämmare fungerar genom att förskjuta zinkjonen från det aktiva stället och därmed inaktivera laddningsutbytessystemet. TCA har en optimal konformation för inträde i det aktiva stället, med en hydroxamatgrupp och en länk med fem kolatomer framför fenylgruppen. TCA producerar den starkaste reversibla effekten som HDACi känner till (dess IC50% är i den nanomolära regionen). HDACi orsakar hyperacetylering, transkriptionell aktivering och enligt vissa rapporter aktiv DNA-demetylering. Eftersom HDACi bromsar tillväxten och leder till differentiering och apoptos av cancerceller, pågår en aktiv utveckling för deras användning i cancerterapi ( vorinostat , romidepsin , belinostat ).
HDACi inducerar apoptos, cellcykelstopp, senescens, differentiering, cellimmunogenicitet och hämmar angiogenes i vissa typer av cancer (West et al., 2014). De mest framgångsrika exemplen på användning av HDACi är vorinostat och romidepsin hos patienter med refraktärt kutant och perifert T-cellslymfom. (Whittaker et al., 2010). Enligt den kemiska strukturen kan 4 klasser av HDACi särskiljas - hydroxamater, cykliska peptider, alifatiska syror och bensamider . Mycket av kunskapen om dessa molekyler kommer från cancerforskning. Pan-HDACi (icke-specifik HDACi) inkluderar huvudsakligen hydroxamater .
Hydroxamater representeras av trichostatin A (TSA), som hämmar celltillväxt i lung- och bröstcancer ( Yoshida et al., 1995 ) och är en pancellulär HDAC-hämmare. TSA har inte kommit in i klinisk praxis på grund av biverkningar som apoptos av normala celler och DNA-skador ( Rodriguez-Paredes et al., 2011 ). Suberanilohydroxamsyra (SAHA) (vorinostat) är också ett hydroxamat, den första HDACi som godkänts av FDA för klinisk användning ( Grozinger et al. 2002 ). Dess verkan leder till aktiveringen av de antiproliferativa generna p21WAF1, p27 KIP1, DR5 och TNFα, och en minskning av aktiviteten hos positiva tillväxtregulatorer: CDK2, CDK4, cyklin D1 och cyklin D2. Flera molekyler från hydroxamatklassen är för närvarande under utredning: e CBHA, LAQ-824, PXD-101, LBH-589, ITF2357, oxamflatine, ABHA, SBHA, Scriptaid, pyroxamid, SK-7041, SK-7068 och tubacine ( Falkenberg et al. al., 2014 ).
På senare tid har aktiviteten av pan-HDACi mot klass IIa HDAC ifrågasatts, men som ett resultat av mer detaljerade studier upptäcks "sanna" pan-HDACi, såsom pandacostat ( Bradner et al., 2010 ). Ytterligare utsikter för pan-HDACi kompliceras av det faktum att de är ineffektiva mot solida tumörer, men orsakerna till detta är fortfarande okända. För närvarande ägnas stor uppmärksamhet åt utvecklingen av HDACi, selektiv för vissa isoformer av HDAC. Men sökandet efter nya pan-HDACi fortsätter. Bevis på detta är läkemedelsföretagens agerande: till exempel i september 2014 ingick Servier och Pharmacyclists ett avtal om gemensam utveckling av abexinostat och andra föreningar. "Ny generation" pan-HDACi som givinostat växer fram ( Tashima et al. 2014, Zappasodi et al. 2014, Li X et al. 2015, Mahal K et al. 2015 ) och kliniska prövningar pågår." old" HDACi, såsom panabinostat som en del av mono- och kombinationsterapi, inklusive solida tumörer ( Li X et al., 2015 ).
1. de Ruijter AJ, van Gennip AH, Caron HN, Kemp S, van Kuilenburg AB (mars 2003). "Histoneacetylaser (HDAC): karakterisering av den klassiska HDAC-familjen". Biochem. J. 370 (Pt 3): 737-49. doi:10.1042/BJ20021321. PMID 12429021 . 2 Hollender C och Zhongchi Liu Z (juli 2008). "Histone Deacetylase Genes in Arabidopsis Development" Journal of Integrative Plant Biology Volym 50, nummer 7, sidorna 875–885 PMID 18713398