Histonové deacetylázy ( Histonové deacetylázy , HDAC ), ( EC 3.5.1 ) jsou enzymy , které katalyzují odstranění acetylové skupiny ε-N-acetyl-lysinu histonů , zavedené histonovými acetylázami (HAT) do zbytků K3 a K14 histonu. H3 a K5, K8, K12 a K16 histonu H4, stejně jako zbytky některých lysinů histonů H2A a H2B. Úpravou histonů a změnou konformace chromatinu hrají histondeacetylázy důležitou roli v regulaci genové exprese . Zatímco hyperacetylace histonů histonacetylázami je obvykle spojena se zvýšením transkripční aktivity, histondeacetylázy způsobují hypoacetylaci a v důsledku toho genovou represi. Hypoacetylace vede ke zmenšení mezery mezi nukleozomem a DNA kolem něj. Užší balení DNA snižuje její dostupnost pro transkripční faktory, což vede k transkripční represi. Histondeacetylázy typicky působí jako součást velkých komplexů spolu s dalšími proteiny, které inhibují aktivitu chromatinu. Substráty histonových deacetyláz mohou být nejen histony, ale i některé další proteiny (p53, E2F, a-tubulin a MyoD).
Rodina se skládá z 18 proteinů patřících do 4 tříd. 11 zástupců patřících do I (redukovaná závislost na draslíku 3 (RPD3)-like; HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC8), II (kvasinková histondeacetyláza třídy 1, Hda1; nezaměňovat s HDACI!; HDAC4, HDAC5, HDAC6, HDAC7 , HDAC9, HDAC10) a třída IV (HDAC11) se nazývají "klasické" histondeacetylázy, zatímco členové třídy III se nazývají sirtuiny. Zástupci tříd I a II jsou inhibováni trichostatinem A (TCA, TSA), zatímco zástupci ostatních tříd jsou na něj necitliví.
V rostlinách zahrnuje rodina histonových deacetyláz také 18 zástupců patřících do 3 tříd: I (podobné RPD3), HD-tuiny (nacházejí se pouze v rostlinách) a sirtuiny.
| Třída | Enzym | Počet katalytických míst | Buněčná lokalizace | distribuce tkání | Substrát(y) | Interagující proteiny | Knockout fenotyp |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| já | HDAC1 | jeden | Jádro | Univerzální | Androgenní receptor , SHP , p53 , MyoD , E2F1 , STAT3 | - | embryonální letalita, zvýšená acetylace histonů, zvýšené hladiny p21 a p27 |
| HDAC2 | jeden | Jádro | Univerzální | Glukokortikoidní receptor , YY1 , BCL6 , STAT3 | - | srdeční anomálie | |
| HDAC3 | jeden | Jádro | Univerzální | SHP , YY1 , GATA1 , RELA , STAT3 , MEF2D | - | - | |
| HDAC8 | jeden | Jádro | Univerzální(?) | - | EST1B | - | |
| IIA | HDAC4 | jeden | Jádro / cytoplazma | srdce, kosterní sval, mozek | GCMA , GATA1 , HP1 | RFXANK | Poruchy diferenciace chondrocytů |
| HDAC5 | jeden | Jádro / cytoplazma | srdce, kosterní sval, mozek | GCMA , SMAD7 , HP1 | REA , estrogenový receptor | srdeční anomálie | |
| HDAC7 | jeden | Jádro / cytoplazma | srdce, kosterní sval, pankreas, placenta | PLAG1 , PLAG2 | HIF1A , BCL6 , endotelinové receptory , ACTN1 , ACTN4 , androgenní receptor , Tip60 | Regulace vaskulární integrity, zvýšení MMP10 | |
| HDAC9 | jeden | Jádro / cytoplazma | kosterní svaly, mozek | - | FOXP3 | srdeční anomálie | |
| IIB | HDAC6 | 2 | Většinou cytoplazma | srdce, játra, ledviny, placenta | a-tubulin , HSP90 , SHP , SMAD7 | RUNX2 | - |
| HDAC10 | jeden | Většinou cytoplazma | játra, slezina, ledviny | - | - | - | |
| III | savčí sirtuiny ( SIRT1 , SIRT2 , SIRT3 , SIRT4 , SIRT5 , SIRT6 , SIRT7 ) | - | - | - | - | - | - |
| Sir2 kvasinky S. cerevisiae | - | - | - | - | - | - | |
| IV | HDAC11 | 2 | Jádro / cytoplazma | mozek, srdce, kosterní sval, ledviny | - | - | - |
Všechny histondeacetylázy, kromě třídy III, obsahují zinek , a proto jsou na zinku závislé. [jeden]
Sekvence 390 aminokyselin tvoří katalytickou doménu klasických HDAC, která také zahrnuje vysoce konzervované aminokyseliny. Aktivním místem je mírně zakřivená tubulární kapsa se širším dnem. Acetylová skupina je odstraněna systémem změny náboje, který se skládá ze dvou sousedních histidinů, dvou aspartátů (asi 30 aminokyselin kromě histidinů, oddělených asi 6 aminokyselinami) a tyrosinu (123 aminokyselin z aspartátů). Důležitou součástí systému změny náboje je Zn 2+ vázaný na dně kapsy. Pro katalýzu jsou důležité i další kofaktory: většina rekombinantních histondeacetyláz je neaktivní.
Vlastnost sirtuinů (název je převzat od jednoho ze zástupců - tichý informační regulátor 2 (Sir2)) - použití NAD + jako substrátu. Nejsou citlivé na inhibici TCA, ale jsou citlivé na sirtinol. V kvasinkách deacetyluje především H4K16, H3K56 a H3K9; v menší míře - H3K14. Kvasinka Sir2 se primárně podílí na umlčování telomerických sekvencí, rRNA , lokusu tichého párování a také na potlačení rekombinace rDNA . Sir2 se také podílí na regulaci délky života: podílí se na prevenci tvorby extrachromozomálních rDNA prstenců spojených se stárnutím buněk . Sir2 v kvasinkách , stejně jako jeho savčí homology, hrají klíčovou roli v epigenetickém umlčování genů , opravě a rekombinaci DNA, buněčném cyklu , organizaci mikrotubulů a regulaci stárnutí.
V současné době existuje řada inhibitorů histondeacetylázy, od komplexních sloučenin izolovaných z bakterií a hub (TCA, tapoxin) až po relativně jednoduché sloučeniny (butyrát). Většina HDACi má třísložkovou strukturu sestávající z místa vázajícího zinek, linkeru a sekvence, která interaguje s aminokyselinovými zbytky na vstupu do aktivního místa HDAC. Klasické inhibitory deacetylázy fungují tak, že vytěsňují ionty zinku z aktivního místa a tím inaktivují systém výměny náboje. TCA má optimální konformaci pro vstup do aktivního místa, má hydroxamátovou skupinu a pětiuhlíkový linker před fenylovou skupinou. TCA produkuje nejsilnější reverzibilní účinek známý HDACi (jeho IC50 % je v nanomolární oblasti). HDACi způsobují hyperacetylaci, aktivaci transkripce a podle některých zpráv i aktivní demetylaci DNA. Protože HDACi zpomalují růst a vedou k diferenciaci a apoptóze rakovinných buněk, probíhá aktivní vývoj jejich použití v terapii rakoviny ( vorinostat , romidepsin , belinostat ).
HDACi indukují apoptózu, zástavu buněčného cyklu, senescenci, diferenciaci, buněčnou imunogenicitu a inhibují angiogenezi u některých typů rakoviny (West et al., 2014). Nejúspěšnější příklady použití HDACi jsou vorinostat a romidepsin u pacientů s refrakterním kožním a periferním T-buněčným lymfomem. (Whittaker et al., 2010). Podle chemické struktury lze rozlišit 4 třídy HDACi - hydroxamáty, cyklické peptidy, alifatické kyseliny a benzamidy . Velká část znalostí o těchto molekulách pochází z výzkumu rakoviny. Pan-HDACi (nespecifické HDACi) zahrnují hlavně hydroxamáty .
Hydroxamáty jsou reprezentovány trichostatinem A (TSA), který inhibuje buněčný růst u rakoviny plic a prsu ( Yoshida et al., 1995 ) a je celobuněčným inhibitorem HDAC. TSA nevstoupila do klinické praxe kvůli nežádoucím účinkům, jako je apoptóza normálních buněk a poškození DNA ( Rodriguez-Paredes et al., 2011 ). Kyselina suberanilohydroxamová (SAHA) (vorinostat) je také hydroxamát, první HDACi schválený FDA pro klinické použití ( Grozinger et al. 2002 ). Jeho působením dochází k aktivaci antiproliferativních genů p21WAF1, p27 KIP1, DR5 a TNFα a snížení aktivity pozitivních regulátorů růstu: CDK2, CDK4, cyklinu D1 a cyklinu D2. V současné době se zkoumá řada molekul ze třídy hydroxamátů: e CBHA, LAQ-824, PXD-101, LBH-589, ITF2357, oxamflatin, ABHA, SBHA, Scriptaid, pyroxamid, SK-7041, SK-7068 a etacine ( Falkenberg al., 2014 ).
V poslední době byla zpochybňována aktivita pan-HDACi proti HDAC třídy IIa, ale v důsledku podrobnějších studií se objevují „skuteční“ pan-HDACi, jako je pandacostat ( Bradner et al., 2010 ). Další vyhlídky pro pan-HDACi jsou komplikovány skutečností, že jsou neúčinné proti solidním nádorům, ale důvody pro to zůstávají neznámé. V současné době je věnována značná pozornost vývoji HDACi, selektivního pro určité izoformy HDAC. Hledání nových pan-HDACi však pokračuje. Důkazem toho jsou kroky farmaceutických společností: například v září 2014 uzavřeli Servier a Pharmacyclists dohodu o společném vývoji abexinostatu a dalších sloučenin. Objevuje se „nová generace“ pan-HDACi, jako je givinostat ( Tashima a kol. 2014, Zappasodi a kol. 2014, Li X a kol. 2015, Mahal K a kol. 2015 ) a probíhají klinické studie.“ staré“ HDACi, jako je panabinostat jako součást mono- a kombinované terapie, včetně solidních nádorů ( Li X et al., 2015 ).
1. de Ruijter AJ, van Gennip AH, Caron HN, Kemp S, van Kuilenburg AB (březen 2003). „Histone deacetylázy (HDAC): charakterizace klasické rodiny HDAC“ . Biochem. J. 370 (Pt 3): 737-49. doi:10.1042/BJ20021321. PMID 12429021 . 2 Hollender C a Zhongchi Liu Z (červenec 2008). „Geny histonové deacetylázy ve vývoji Arabidopsis“ Journal of Integrative Plant Biology Volume 50, Issue 7, pages 875–885 PMID 18713398