Modyfikacje struktury chromatyny

Chromatyna jest włóknistą strukturą znajdującą się w jądrze komórkowym. Zbu dowana jest z dwóch kopii histonów H2A, H2B, H3 i H4, które tworzą oktamer, wokół którego owinięta jest nić DNA, obejmująca około 146 bp. Struktura chromatyny jest dynamiczna i zależy od stopnia zagęszczenia i modyfikacji potranslacyjnych (PTM, ang. post-transcriptional modification) na N- końcach ogonów histonowych (WILSON I IN., 2017). Modyfikacje białek histonowych występują głównie w odsłoniętych końcach aminowych histonów i obejmują: acetylację lizyny, metylację lizyny, ubikwitynację oraz fosforylację treoniny i seryny. Zmiany te wpływają na wiązanie czynników transkrypcyjnych do ich odpowiednich elementów rdzenia promotora, powodując aktywację lub wyciszenie ekspresji genów (SUN I IN., 2017).

Głównąmodyfikacjąpotranslacyjnąwpływającą na strukturę chromatyny jest odwracalna acet- ylacja histonów, która katalizowana jest przez dwa przeciwstawne enzymy: acetylotransferazy histonowe (HAT, ang. histone acetyltransferase) oraz deacetylazy histonowe (HDAC, ang. histone deacetylase) (GATLA I IN., 2017).

Acetylotransferazy odpowiedzialne są za przyłączenie grupy acetylowej na N-końcu białek histonowych, powodując rozluźnienie struktury chromatyny, odsłaniając miejsca wiązania czynników transkrypcyjnych. Decetylazy histonowe prowadzą do kondensacji struktury chromatyny, w efekcie czego chromatyna jest nieaktywna transkrypcyjnie (KHULLAR I IN., 2017).

Acetylotransferazy histonowe

Acetylotransferazy histonowe są grupą enzymów epigenetycznych, zaangażowanych w ważne procesy komórkowe, do których zaliczyć można: naprawę uszkodzeń nici DNA, łączenie się nukleosomów oraz regulację transkrypcji genów (GADHIA I IN., 2017). Acetylacja białek histonowych za pośrednictwem HAT zwiększa dostępność DNA dla czynników transkrypcyjnych w danym locus (HAERY I IN., 2015). HAT odpowiedzialne są za przeniesienie grupy acetylowej z acetylo-CoA do bocznych łańcuchów lizyny białek histonowych. Acetylowany N- koniec białka histonowego neutralizuje dodatnio naładowaną grupę ε-aminową lizyny, co skutkuje zmniejszeniem oddziaływania pomiędzy białkami histonowymi i ujemnie naładowanym DNA (GADHIA I IN., 2017). Dotychczas poznano 17 ludzkich HAT, które zostały podzielone na większe rodziny: GNAT, MYST, p300/CBP i koaktywatory receptorów steroidowych (SRC). Powyższego podziału do- konano na podstawie stopnia podobieństwa sekwencji (GADHIA I IN., 2017; HAERY I IN.,2015). Natomiast ze względu na lokalizację komórkową acetylotransferaz histonowych, wyróżnia się dwie grupy HAT: A (występujące w jądrze komórkowym i katalizujące procesy transkrypcji) i B (zlokalizowane w cytoplazmie, ich zadaniem jest acetylacja nowo zsyntetyzowanych histonów) (SUN I IN., 2015).

Acetylotransferazy histonowe mogą również przyłączać grupę acetylową do niehistonowych substratów. Badania nad acetylomem wykazały, że HAT są odpowiedzialne za acetylację m.in.: AML1, AML1-ETO, p53, c-MYC, NF-κB (GORDON I IN., 2015; SUN I IN., 2015).

Deacetylazy histonowe

Deacetylazy histonowe zwane są ujemnymi regulatorami transkrypcji genów. HDAC indukują specyficzne zmiany w ekspres- ji genów poprzez deacetylację histonów lub białek niehistonowych (BLIXT I IN., 2017). Usunięcie grupy acetylowej z N-końca ogona histonowego prowadzi do spadku poziomu acetylacji i powstania bardziej zwartej konfomacji chromatyny. Mocno upakowana struktura heterochromatyny uniemożliwia dostęp czynnikom transkrypcyjnym do DNA, tłumiąc ekspresję genu (TANG I IN., 2017; GLO- ZAK I SETO, 2007). Dotychczas u ssaków zidentyfikowano 18 HDAC, które podzielono na 4 klasy. Klasa I HDAC zazwyczaj wykrywana jest w jądrze komórkowym. W jej skład wchodzą: HDAC1, HDAC2, HDAC3 i HDAC8. Klasa II wykazuje ekspresję swoistą dla tkanki i może przemieszczać się pomiędzy jądrem komórkowym a cytoplazmą. W obrębie klasy II wyróżnia się dwie podklasy: klasę IIa (HDAC4, HDAC5, HDAC7 i HDAC9) i IIb (HDAC6, HDAC10). W skład klasy III HDAC wchodzą sirtuiny 1-7, natomiast do klasy IV należy wyłącznie HDAC14 (CHEN I IN., 2015). Deacetylazy histonowe można podzielić na 2 grupy: klasyczne HDAC (kla- sy: I, II, IV) oraz sirtuiny (klasa III). Klasyczne deacetylazy histonowe w centrum katalitycznym posiadają Zn2+, a ich funkcjonowanie zależne jest od jonów chelatujących cynk. Jon cynku odpowiada za stabilizację acetylowanego substratu w centrum katalitycznym i polaryzuje grupę karbonylową. Kolejną wspólną cechą klasycznych HDAC jest fakt, że ich aktywność może być hamowana przez inhibitory HDAC (HDACi, ang. histone deacetylase inhibitor) o szerokim spektrum działania, np. trichostatynę A (TSA) lub kwas suberanilohydroksamowy (SAHA). Z kolei sirtuiny do prawidłowego działania wymagają obecności dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego (NAD+) a ich aktywność enzymatyczna nie podlega regulacji z wykorzystaniem HDACi (CHEN I IN., 2015; KOPYTKO I IN., 2017; ECK- SCHLAGER I IN., 2017).