Histon -deacetylaser ( Histone - deacetylaser , HDAC'er ), ( EC 3.5.1) er enzymer , der katalyserer fjernelsen af acetylgruppen af ε-N-acetyl-lysin fra histoner , introduceret af histonacetylaser (HAT'er) i resterne K3 og K14 af histon H3 og K5, K8, K12 og K16 af histon H4, samt rester af nogle lysiner af histon H2A og H2B. Ved at modificere histoner og ændre kromatinkonformation spiller histondeacetylaser en vigtig rolle i reguleringen af genekspression .. Mens histonhyperacetylering af histonacetylaser sædvanligvis er forbundet med en stigning i transkriptionel aktivitet, forårsager histon-deacetylaser hypoacetylering og som følge heraf genundertrykkelse. Hypoacetylering fører til et fald i afstanden mellem nukleosomet og DNA-såret omkring det. Tættere pakning af DNA reducerer dets tilgængelighed til transkriptionsfaktorer, hvilket resulterer i transkriptionel undertrykkelse. Typisk virker histon-deacetylaser som en del af store komplekser, sammen med andre proteiner, og hæmmer kromatinaktiviteten. Substrater af histondeacetylaser kan ikke kun være histoner, men også nogle andre proteiner (p53, E2F, a-tubulin og MyoD).
Familien består af 18 proteiner, der tilhører 4 klasser. 11 repræsentanter tilhørende I (reduceret kaliumafhængighed 3 (RPD3)-lignende; HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC8), II (gærhistondeacetylase klasse 1, Hda1; ikke at forveksle med HDACI!; HDAC4, HDAC5, HDAC6, HDAC7 , HDAC9, HDAC10) og klasse IV (HDAC11) kaldes "klassiske" histon-deacetylaser, mens medlemmer af klasse III kaldes sirtuiner. Repræsentanter for klasse I og II hæmmes af trichostatin A (TCA, TSA), mens repræsentanter for andre klasser er ufølsomme over for det.
I planter omfatter familien af histon-deacetylaser også 18 repræsentanter, der tilhører 3 klasser: I (RPD3-lignende), HD-tuiner (findes kun i planter) og sirtuiner.
| Klasse | Enzym | Antal katalytiske steder | Cellulær lokalisering | vævsfordeling | Substrat(er) | Interagerende proteiner | Knockout-fænotype |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| jeg | HDAC1 | en | Nucleus | Universel | Androgenreceptor , SHP , p53 , MyoD , E2F1 , STAT3 | - | embryonal dødelighed, øget histonacetylering, øgede niveauer af p21 og p27 |
| HDAC2 | en | Nucleus | Universel | Glukokortikoidreceptor , YY1 , BCL6 , STAT3 | - | hjerteanomalier | |
| HDAC3 | en | Nucleus | Universel | SHP , YY1 , GATA1 , RELA , STAT3 , MEF2D | - | - | |
| HDAC8 | en | Nucleus | Universal (?) | - | EST1B | - | |
| IIA | HDAC4 | en | Nucleus / cytoplasma | hjerte, skeletmuskulatur, hjerne | GCMA , GATA1 , HP1 | RFXANK | Forstyrrelser af chondrocytdifferentiering |
| HDAC5 | en | Nucleus / cytoplasma | hjerte, skeletmuskulatur, hjerne | GCMA , SMAD7 , HP1 | REA , østrogenreceptor | hjerteanomalier | |
| HDAC7 | en | Nucleus / cytoplasma | hjerte, skeletmuskulatur, bugspytkirtel, placenta | PLAG1 , PLAG2 | HIF1A , BCL6 , Endothelin-receptorer , ACTN1 , ACTN4 , Androgen-receptor , Tip60 | Regulering af vaskulær integritet, stigning i MMP10 | |
| HDAC9 | en | Nucleus / cytoplasma | skeletmuskler, hjerne | - | FOXP3 | hjerteanomalier | |
| IIB | HDAC6 | 2 | Mest cytoplasma | hjerte, lever, nyrer, moderkage | a-Tubulin , HSP90 , SHP , SMAD7 | RUNX2 | - |
| HDAC10 | en | Mest cytoplasma | lever, milt, nyrer | - | - | - | |
| III | pattedyrsirtuiner ( SIRT1 , SIRT2 , SIRT3 , SIRT4 , SIRT5 , SIRT6 , SIRT7 ) | - | - | - | - | - | - |
| Sir2 gær S. cerevisiae | - | - | - | - | - | - | |
| IV | HDAC11 | 2 | Nucleus / cytoplasma | hjerne, hjerte, skeletmuskulatur, nyre | - | - | - |
Alle histondeacetylaser, bortset fra klasse III, indeholder zink og er derfor zinkafhængige. [en]
Sekvensen på 390 aminosyrer danner det katalytiske domæne af klassiske HDAC'er, som også omfatter højt konserverede aminosyrer. Det aktive sted er en let buet rørlomme med en bredere bund. Acetylgruppen fjernes af et ladningsvendende system bestående af to tilstødende histidiner, to aspartater (ca. 30 aminosyrer bortset fra histidinerne, adskilt af ca. 6 aminosyrer) og en tyrosin (123 aminosyrer fra aspartaterne). En vigtig komponent i ladningsændringssystemet er Zn 2+ bundet i bunden af lommen. Andre cofaktorer er også vigtige for katalyse: de fleste rekombinante histondeacetylaser er inaktive.
Et træk ved sirtuiner (navnet er taget fra en af repræsentanterne - tavs informationsregulator 2 (Sir2)) - brugen af NAD + som et substrat. De er ikke følsomme over for TCA-hæmning, men er følsomme over for sirtinol. I gær deacetylerer det hovedsageligt H4K16, H3K56 og H3K9; i mindre omfang - H3K14. Gær Sir2 er primært involveret i silencing af telomere sekvenser, rRNA , det stille parringstype locus, og også i undertrykkelsen af rDNA - rekombination . Sir2 er også involveret i reguleringen af levetiden: det er involveret i at forhindre dannelsen af ekstrakromosomale rDNA-ringe forbundet med celleældning . Sir2 i gær , såvel som dets pattedyrhomologer, spiller nøgleroller i epigenetisk gendæmpning , DNA-reparation og rekombination, cellecyklus , mikrotubuli -organisation og regulering af aldring.
I øjeblikket findes der en række histon-deacetylase-hæmmere, lige fra komplekse forbindelser isoleret fra bakterier og svampe (TCA, tapoxin) til relativt simple forbindelser (butyrat). De fleste HDACi har en tre-komponent struktur bestående af et zinkbindingssted, en linker og en sekvens, der interagerer med aminosyrerester ved indgangen til det aktive HDAC-sted. Klassiske deacetylasehæmmere fungerer ved at fortrænge zinkionen fra det aktive sted og dermed inaktivere ladningsudvekslingssystemet. TCA har en optimal konformation til indtræden i det aktive sted, med en hydroxamatgruppe og en fem-carbon-linker foran phenylgruppen. TCA producerer den stærkeste reversible effekt kendt af HDACi (dens IC50% er i det nanomolære område). HDACi forårsager hyperacetylering, transkriptionel aktivering og ifølge nogle rapporter aktiv DNA-demethylering. Da HDACi sænker væksten og fører til differentiering og apoptose af cancerceller, er aktiv udvikling i gang for deres anvendelse i cancerterapi ( vorinostat , romidepsin , belinostat ).
HDACi inducerer apoptose, cellecyklusstandsning, senescens, differentiering, celleimmunogenicitet og hæmmer angiogenese i nogle typer kræft (West et al., 2014). De mest succesrige eksempler på brugen af HDACi er vorinostat og romidepsin hos patienter med refraktær kutant og perifert T-celle lymfom. (Whittaker et al., 2010). Ifølge den kemiske struktur kan der skelnes mellem 4 klasser af HDACi - hydroxamater, cykliske peptider, alifatiske syrer og benzamider . Meget af viden om disse molekyler kommer fra kræftforskning. Pan-HDACi (ikke-specifik HDACi) omfatter hovedsageligt hydroxamater .
Hydroxamater er repræsenteret af trichostatin A (TSA), som hæmmer cellevækst i lunge- og brystkræft ( Yoshida et al., 1995 ) og er en pancellulær HDAC-hæmmer. TSA er ikke kommet ind i klinisk praksis på grund af uønskede hændelser såsom apoptose af normale celler og DNA-skader ( Rodriguez-Paredes et al., 2011 ). Suberanilohydroxamsyre (SAHA) (vorinostat) er også et hydroxamat, det første HDACi godkendt af FDA til klinisk brug ( Grozinger et al. 2002 ). Dets virkning fører til aktivering af de antiproliferative gener p21WAF1, p27 KIP1, DR5 og TNFα og et fald i aktiviteten af positive vækstregulatorer: CDK2, CDK4, cyclin D1 og cyclin D2. Adskillige molekyler fra hydroxamat-klassen er i øjeblikket under undersøgelse: e CBHA, LAQ-824, PXD-101, LBH-589, ITF2357, oxamflatine, ABHA, SBHA, Scriptaid, pyroxamid, SK-7041, SK-7068 og tubacine ( Falkenberg et al. al., 2014 ).
For nylig er der blevet sat spørgsmålstegn ved aktiviteten af pan-HDACi mod klasse IIa HDAC'er, men som et resultat af mere detaljerede undersøgelser bliver "ægte" pan-HDACi, såsom pandacostat, opdaget ( Bradner et al., 2010 ). Yderligere udsigter for pan-HDACi kompliceres af det faktum, at de er ineffektive mod solide tumorer, men årsagerne hertil forbliver ukendte. I øjeblikket er der stor opmærksomhed på udviklingen af HDACi, selektiv for visse isoformer af HDAC. Men jagten på nye pan-HDACi fortsætter. Bevis på dette er lægemiddelvirksomheders handlinger: for eksempel indgik Servier og Pharmacyclists i september 2014 en aftale om fælles udvikling af abexinostat og andre forbindelser. "Ny generation" pan-HDACi såsom givinostat dukker op ( Tashima et al. 2014, Zappasodi et al. 2014, Li X et al. 2015, Mahal K et al. 2015 ) og kliniske forsøg er i gang." old" HDACi, såsom panabinostat som en del af mono- og kombinationsbehandling, herunder solide tumorer ( Li X et al., 2015 ).
1. de Ruijter AJ, van Gennip AH, Caron HN, Kemp S, van Kuilenburg AB (marts 2003). "Histoneacetylaser (HDAC'er): karakterisering af den klassiske HDAC-familie". Biochem. J. 370 (Pt 3): 737-49. doi:10.1042/BJ20021321. PMID 12429021 . 2 Hollender C og Zhongchi Liu Z (juli 2008). "Histone Deacetylase Genes in Arabidopsis Development" Journal of Integrative Plant Biology bind 50, udgave 7, side 875–885 PMID 18713398