Histone deacetilaze ( Histone deacetilaze , HDACs ), ( EC 3.5.1) sunt enzime care catalizează îndepărtarea grupării acetil a ε-N-acetil-lizinei histonelor , introduse de histonacetilaze (HAT) în reziduurile K3 și K14 ale histonei H3 și K5, K8, K12 și K16 ale histonei H4, precum și reziduuri ale unor lizine ale histonelor H2A și H2B. Prin modificarea histonelor și modificarea conformației cromatinei , histone deacetilazele joacă un rol important în reglarea expresiei genelor .. În timp ce hiperacetilarea histonelor de către histone acetilaze este de obicei asociată cu o creștere a activității transcripționale, histon deacetilazele provoacă hipoacetilare și, ca urmare, represiunea genelor. Hipoacetilarea duce la o scădere a decalajului dintre nucleozom și rana ADN din jurul acestuia. Împachetarea mai strânsă a ADN-ului reduce accesibilitatea acestuia la factorii de transcripție, ducând la reprimarea transcripției. De obicei, histon deacetilazele acționează ca parte a unor complexe mari, împreună cu alte proteine, inhibând activitatea cromatinei. Substraturile histon-deacetilazelor pot fi nu numai histone, ci și alte proteine (p53, E2F, a-tubulină și MyoD).
Familia este formată din 18 proteine aparținând a 4 clase. 11 reprezentanți aparținând I (dependență redusă de potasiu 3 (RPD3)-like; HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC8), II (drojdia histonă deacetilază clasa 1, Hda1; a nu se confunda cu HDACI!; HDAC4, HDAC5, HDAC6, HDAC7 , HDAC9, HDAC10) și clasa IV (HDAC11) sunt numite histon deacetilaze „clasice”, în timp ce membrii clasei III sunt numiți sirtuine. Reprezentanții claselor I și II sunt inhibați de tricostatina A (TCA, TSA), în timp ce reprezentanții altor clase sunt insensibili la aceasta.
La plante, familia histon-deacetilazelor include, de asemenea, 18 reprezentanți aparținând a 3 clase: I (RPD3-like), HD-tuins (se găsesc numai în plante) și sirtuine.
| Clasă | Enzimă | Numărul de locuri catalitice | Localizare celulară | distribuția tisulară | Substraturi | Proteine care interacționează | Fenotipul knockout |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| eu | HDAC1 | unu | Nucleu | universal | Receptor de androgeni , SHP , p53 , MyoD , E2F1 , STAT3 | - | letalitate embrionară, acetilare crescută a histonelor, niveluri crescute de p21 și p27 |
| HDAC2 | unu | Nucleu | universal | Receptorul glucocorticoizilor , YY1 , BCL6 , STAT3 | - | anomalii ale inimii | |
| HDAC3 | unu | Nucleu | universal | SHP , YY1 , GATA1 , RELA , STAT3 , MEF2D | - | - | |
| HDAC8 | unu | Nucleu | Universal(?) | - | EST1B | - | |
| IIA | HDAC4 | unu | Nucleu / citoplasmă | inimă, mușchi scheletici, creier | GCMA , GATA1 , HP1 | RFXANK | Tulburări ale diferențierii condrocitelor |
| HDAC5 | unu | Nucleu / citoplasmă | inimă, mușchi scheletici, creier | GCMA , SMAD7 , HP1 | REA , receptor de estrogen | anomalii ale inimii | |
| HDAC7 | unu | Nucleu / citoplasmă | inimă, mușchi scheletici, pancreas, placentă | PLAG1 , PLAG2 | HIF1A , BCL6 , receptori de endotelină , ACTN1 , ACTN4 , receptor de androgeni , Tip60 | Reglarea integrității vasculare, creșterea MMP10 | |
| HDAC9 | unu | Nucleu / citoplasmă | mușchii scheletici, creierul | - | FOXP3 | anomalii ale inimii | |
| IIB | HDAC6 | 2 | Mai ales citoplasmă | inimă, ficat, rinichi, placentă | a-Tubulină , HSP90 , SHP , SMAD7 | RUNX2 | - |
| HDAC10 | unu | Mai ales citoplasmă | ficat, splină, rinichi | - | - | - | |
| III | sirtuine de mamifere ( SIRT1 , SIRT2 , SIRT3 , SIRT4 , SIRT5 , SIRT6 , SIRT7 ) | - | - | - | - | - | - |
| Sir2 drojdie S. cerevisiae | - | - | - | - | - | - | |
| IV | HDAC11 | 2 | Nucleu / citoplasmă | creier, inimă, mușchi scheletici, rinichi | - | - | - |
Toate histon deacetilazele, cu excepția clasei III, conțin zinc și, prin urmare, sunt dependente de zinc. [unu]
Secvența de 390 de aminoacizi formează domeniul catalitic al HDAC-urilor clasice, care include și aminoacizi foarte conservați. Locul activ este un buzunar tubular ușor curbat, cu fundul mai larg. Gruparea acetil este îndepărtată printr-un sistem de inversare a sarcinii constând din două histidine adiacente, doi aspartați (aproximativ 30 de aminoacizi în afară de histidine, separați de aproximativ 6 aminoacizi) și o tirozină (123 de aminoacizi din aspartați). O componentă importantă a sistemului de schimbare a sarcinii este Zn 2+ legat în partea de jos a buzunarului. Alți cofactori sunt, de asemenea, importanți pentru cataliză: majoritatea histon-deacetilazelor recombinante sunt inactive.
O caracteristică a sirtuinelor (numele este preluat de la unul dintre reprezentanți - regulatorul de informații silențios 2 (Sir2)) - utilizarea NAD + ca substrat. Nu sunt sensibili la inhibarea TCA, dar sunt sensibili la sirtinol. În drojdie, deacetilează în principal H4K16, H3K56 și H3K9; într-o măsură mai mică - H3K14. Drojdia Sir2 este implicată în principal în tăcere secvențe telomerice , ARNr , locus de tip împerechere tăcut și, de asemenea, în suprimarea recombinării ADNr . Sir2 este, de asemenea, implicat în reglarea duratei de viață: este implicat în prevenirea formării inelelor ADNr extracromozomiale asociate cu îmbătrânirea celulară . Sir2 în drojdie , precum și omologii săi la mamifere, joacă roluri cheie în tăcere epigenetică a genelor , repararea și recombinarea ADN-ului, ciclul celular , organizarea microtubulilor și reglarea îmbătrânirii.
În prezent, există o serie de inhibitori ai histonei deacetilazei, variind de la compuși complecși izolați din bacterii și ciuperci (TCA, tapoxină) până la compuși relativ simpli (butirat). Majoritatea HDACi au o structură cu trei componente constând dintr-un situs de legare a zincului, un linker și o secvență care interacționează cu reziduurile de aminoacizi la intrarea în situsul activ HDAC. Inhibitorii clasici de deacetilază funcționează prin deplasarea ionului de zinc din locul activ și astfel inactivând sistemul de schimb de sarcină. TCA are o conformație optimă pentru intrarea în situsul activ, având o grupare hidroxamat și un linker cu cinci atomi de carbon în fața grupării fenil. TCA produce cel mai puternic efect reversibil cunoscut de HDACi ( IC50% este în regiunea nanomolară). HDACi provoacă hiperacetilare, activare transcripțională și, conform unor rapoarte, demetilare activă a ADN-ului. Deoarece HDACi încetinește creșterea și duce la diferențierea și apoptoza celulelor canceroase, dezvoltarea activă este în curs de dezvoltare pentru utilizarea lor în terapia cancerului ( vorinostat , romidepsin , belinostat ).
HDACi induce apoptoza, oprirea ciclului celular, senescența, diferențierea, imunogenitatea celulară și inhibă angiogeneza în unele tipuri de cancer (West et al., 2014). Cele mai de succes exemple de utilizare a HDACi sunt vorinostatul și romidepsina la pacienții cu limfom cutanat și periferic cu celule T refractar. (Whittaker și colab., 2010). În funcție de structura chimică, se pot distinge 4 clase de HDACi - hidroxamați, peptide ciclice, acizi alifatici și benzamide . O mare parte din cunoștințele despre aceste molecule provin din cercetarea cancerului. Pan-HDACi (HDACi nespecific) include în principal hidroxamați .
Hidroxamații sunt reprezentați de tricostatina A (TSA), care inhibă creșterea celulelor în cancerul pulmonar și de sân ( Yoshida și colab., 1995 ) și este un inhibitor HDAC pan-celular. TSA nu a intrat în practica clinică din cauza evenimentelor adverse, cum ar fi apoptoza celulelor normale și deteriorarea ADN-ului ( Rodriguez-Paredes și colab., 2011 ). Acidul suberanilohidroxamic (SAHA) (vorinostat) este, de asemenea, un hidroxamat, primul HDACi aprobat de FDA pentru uz clinic ( Grozinger et al. 2002 ). Acțiunea sa conduce la activarea genelor antiproliferative p21WAF1, p27 KIP1, DR5 și TNFα și la scăderea activității regulatorilor pozitivi de creștere: CDK2, CDK4, ciclina D1 și ciclina D2. Numeroase molecule din clasa hidroxamaților sunt în prezent în curs de investigare: e CBHA, LAQ-824, PXD-101, LBH-589, ITF2357, oxamflatine, ABHA, SBHA, Scriptaid, piroxamidă, SK-7041, SK-7068 și tubacină ( al., 2014 ).
Recent, activitatea pan-HDACi împotriva HDAC-urilor de clasa IIa a fost pusă la îndoială, dar în urma unor studii mai detaliate, pan-HDACi „adevărați”, precum pandacostat, sunt descoperite ( Bradner și colab., 2010 ). Perspectivele suplimentare pentru pan-HDACi sunt complicate de faptul că sunt ineficiente împotriva tumorilor solide, dar motivele pentru aceasta rămân necunoscute. În prezent, se acordă o atenție considerabilă dezvoltării HDACi, selectiv pentru anumite izoforme ale HDAC. Cu toate acestea, căutarea unui nou pan-HDACi continuă. Dovadă în acest sens sunt acțiunile companiilor farmaceutice: de exemplu, în septembrie 2014, Servier și Pharmacyclists au încheiat un acord privind dezvoltarea comună a abexinostatului și a altor compuși. Pan-HDACi de „nouă generație”, cum ar fi givinostat, sunt în curs de dezvoltare ( Tashima și colab. 2014, Zappasodi și colab. 2014, Li X și colab. 2015, Mahal K și colab. 2015 ) iar studiile clinice sunt în desfășurare.” vechi „HDACi, precum panabinostat ca parte a terapiei mono și combinate, inclusiv tumori solide ( Li X et al., 2015 ).
1. de Ruijter AJ, van Gennip AH, Caron HN, Kemp S, van Kuilenburg AB (martie 2003). „Histone deacetilaze (HDAC): caracterizarea familiei HDAC clasice”. Biochim. J. 370 (Pt 3): 737-49. doi:10.1042/BJ20021321. PMID 12429021 . 2 Hollender C și Zhongchi Liu Z (iulie 2008). „Genele histonei deacetilazei în dezvoltarea Arabidopsis” Journal of Integrative Plant Biology Volumul 50, Numărul 7, Paginile 875–885 PMID 18713398