Histona desacetilase

As histona desacetilasas (ou HDAC) son un tipo de encimas implicados na eliminación dos grupos acetilo dos residuos de lisina nas histonas (proteínas asociadas co ADN na cromatina). Isto permite que o ADN se empaquete máis estreitamente arredor das histonas. Esta actividade encimática é a oposta á realizada polas histona acetiltransferases (HAT). A acetilación e desacetilación de histonas é un modo de controlar o nivel de expresión xénica. As HDAC tamén se denominan lisina desacetilases (KDAC), facendo fincapé con este nome máis na súa función que no substrato sobre o que actúan, xa que actúan tamén sobre numerosas proteínas non histonas.^[2][3]

Histona desacetilase
Dominio catalítico da histona desacetilase 4 humana cun inhibidor unido. 2vqj .[1]
Identificadores
Número EC	3.5.1.98
Número CAS	9076-57-7
Bases de datos
IntEnz	vista de IntEnz
BRENDA	entrada de BRENDA
ExPASy	vista de NiceZyme
KEGG	entrada de KEGG
MetaCyc	vía metabólica
PRIAM	perfil
Estruturas PDB	RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
Gene Ontology	AmiGO / EGO
Procura PMC artigos PubMed artigos NCBI Protein procura

Histona desacetilase
Identificadores
Símbolo	Hist_deacetyl
Pfam	PF00850
InterPro	IPR000286
SCOPe	1c3s / SUPFAM
Estruturas proteicas dispoñibles: Pfam   estruturas / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum resumo de estruturas

Superfamilia da HDAC

Xunto coas acetilpoliamina amidohidrolases e as proteínas de utilización das acetoínas, as histona desacetilases forman unha antiga superfamilia de proteínas chamada superfamilia da histona desacetilase.^[4]

Clases de HDACs en eucariotas superiores

As HDACs clasifícanse en catro clases dependendo da homoloxía de secuencia cos encimas de lévedos orixinais e a organización de dominios, que son:^[5]

Clase	Membros	Sitios catalíticos	Localización subcelular	Distribución nos tecidos	Substratos	Moléculas ás que se une	Fenotipo knockout
I	HDAC1	1	Núcleo	Moi estendida	receptor de andróxenos, SHP, p53, MyoD, E2F1, STAT3	–	embrionario letal, acetilación de histonas incrementada, aumento de p21 e p27
	HDAC2	1	Núcleo	Moi estendida	Receptor de glicocorticoides, YY1, BCL6, STAT3	–	Defecto cardíaco
	HDAC3	1	Núcleo	Moi estendida	SHP, YY1, GATA1, RELA, STAT3, MEF2D	–	–
	HDAC8	1	Núcleo/citoplasma	Moi estendida?	–	EST1B	–
IIA	HDAC4	1	Núcleo/citoplasma	corazón, músculo esquelético, cerebro	GCMA, GATA1, HP1	RFXANK	Defectos na diferenciación de condrocitos
	HDAC5	1	Núcleo/citoplasma	corazón, músculo esquelético, cerebro	GCMA, SMAD7, HP1	REA, receptor de estróxenos	Defectos cardíacos
	HDAC7	1	Núcleo/citoplasma / mitocondrias	corazón, músculo esquelético, páncreas, placenta	PLAG1, PLAG2	HIF1A, BCL6, receptor de endotelina, ACTN1, ACTN4, receptro de andróxenos, Tip60	Mantemento da integridade vascular, incremento de MMP10
	HDAC9	1	Núcleo/citoplasma	cerebro, músculo esquelético	–	FOXP3	Defecto cardíaco
IIB	HDAC6	2	Principalmente citoplasmática	corazón, fígado, ril, placenta	α-Tubulina, HSP90, SHP, SMAD7	RUNX2	–
	HDAC10	1	Principalmente citoplasmática	fígado, bazo, riles	–	–	–
III	sirtuínas en mamíferos (SIRT1, SIRT2, SIRT3, SIRT4, SIRT5, SIRT6, SIRT7)	–	–	–	–	–	–
	Sir2 en lévedos S. cerevisiae	–	–	–	–	–	–
IV	HDAC11	2	Núcleo/citoplasma	cerebro, corazón, músculo esquelético, riles	–	–	–

Subtipos

As HDACs divídense nos catro grupos indicados na táboa anterior segundo a súa función e a similitude da súas secuencia de ADN. Os dous primeiros grupos son considerados HDACs "clásicas", cuxas actividades son inhibidas por tricostatina A (TSA), mentres que o terceiro grupo pertence a unha familia de proteínas dependentes de NAD⁺ que non se ven afectadas pola TSA. Encontráronse homólogos destes tres grupos en lévedos cos seguintes nomes: dependencia de potasio reducida 3 (Rpd3), que corresponde á clase I; histona desacetilase I (hda1), que corresponde á clase II; regulador de información silenciosa 2 (Sir2), da clase III.^[6] O grupo de clase III considérase unha categoría atípica, xa que é dependente do NAD⁺, mentres que os outros grupos requiren Zn²⁺ como cofactor.^[7][8]

Localización subcelular

Dentro das HDACs de clase I, as HDACs 1, 2 e 8 localízanse principalmente no núcleo, mientres que a HDAC 3 encóntrase tanto no núcleo coma no citoplasma e asociada á membrana plasmática. As HDACs de clase II (HDACs 4, 5, 6, 7, 9 e 10) poden entrar e saír do núcleo dependendo do sinal que reciban.^[9][10] HDAC 6 é un encima citoplásmico asociado a microtúbulos. A súa función é desacetilar a tubulina, a proteína Hsp90 e a cortactina, e pode formar complexos con outras proteínas, razón pola que está implicada en diversos procesos biolóxicos.^[11]

Función

Modificación de histonas

As histonas adoitan estar cargadas positivamente debido aos grupos amino presentes nas cadeas laterais dos residuos de lisina e arxinina, que son frecuentes nelas. Estas cargas positivas interaccionan coas cargas negativas dos grupos fosfato do esqueleto carbonado do ADN. A acetilación, unha reacción que se produce correntemente na célula, neutraliza as cargas positivas das histonas, convertendo as aminas en amidas e reducindo así a capacidade das histonas para unirse ao ADN. Esta redución da afinidade de unión permite a expansión da cromatina e así a transcrición xenética desa rexión do ADN. As histona desacetilases eliminan os grupos acetilo, incrementando a carga positiva das histonas e, por tanto, a afinidade destas polo ADN. Este incremento da unión co ADN, condensa a estrutura do ADN, impedindo a transcrición.

As histona desacetilases interveñen nunha serie de rutas metabólicas que, de acordo coa Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG), son:

• Procesamento de información ambiental, transdución de sinais, vía de sinalización Notch PATH:ko04330
• Procesos celulares, crecemento e morte celular, ciclo celular PATH:ko04330
• Doenzas humanas, cancro, leucemia mieloide aguda PATH:ko05220

A acetilación de histonas xoga un papel moi importante na regulación da expresión xénica. A cromatina hiper-acetilada estará transcricionalmente activa, e a hipo-acetilada estará silenciada. Un estudo levado a cabo en ratos atopou un conxunto de xenes de rato (7%) que estaban totalmente desregulados en ausencia de HDAC1.^[12] Este estudo tamén determinou a regulación cruzada existente entre HDAC1 e HDAC2, o que suxire que HDAC1 posúe unha función adicional como coactivador transcricional. A expresión de HDAC1 viuse que está incrementada no córtex prefrontal de pacientes de esquizofrenia,^[13] o que se correlacionaba negativamente coa transcrición do ARNm de GAD67.

Efectos sobre non histonas

Aínda que a función predominante das HDACs é a relacionada coa regulación da transcrición por modificación de histonas e da estrutura da cromatina, comprobouse que esta non é a súa única función. A función, actividade e estabilidade de certas proteínas non histonas pode estar controlada por modificacións postraducionais. Entre estas modificacións, a máis coñecida e mellor estudada ata agora é a fosforilación de proteínas, por medio da cal se fosforilan certos residuos, pola acción de proteína quinases, ou son desfosforilados, pola acción de fosfatases. Ao contrario, a acetilación de residuos de lisina é unha modificación moito menos estudada, pero que está a adquirir grande importancia como mecanismo análogo á fosforilación, polo cal se modifican proteínas non histonas por acetilases ou desacetilases.^[14] Neste contexto é onde se atpou que as HDACs interaccionan cunha serie de proteínas non histonas, algunhas das cales son factores de transcrición ou correguladores, e outras non. Pódense salientar algúns exemplos destas actividades das HDACs non relacionadas con histonas nin coa cromatina, como son:

• A HDAC6 está asociada aos chamados agresomas (uns orgánulos). Os agregados de proteínas mal pregadas son marcados por ubiquitinación e eliminados do citoplasma, para o que son guiados pola dineína pola rede de microtúbulos ata uns orgánulos denominados agresomas. A HDAC6 únese a proteínas mal pregadas e poliubiquitinizadas, e acóplaas aos motores de dineína, permitindo o transporte físico ata chaperonas e proteasomas para a súa correspondente destrución.^[15]
• A PTEN é unha importante fosfatase implicada na sinalización da vía do fosfoinositol e da ruta AKT/PI3 quinase. A PTEN pertence a un complexo regulador que controla as rutas de fosforilación, ubiquitinización, oxidación e acetilación. A acetilación de PTEN pola histona acetiltransferase PCAF pode estimular a súa actividade. Ao contrario, a desacetilación de PTEN pola desacetilase SIRT1, e aparentemente tamén por HDAC1, pode reprimir a súa actividade.^[16][17]
• A APEX é unha proteína multifuncional que posúe tanto actividade de reparación do ADN coma actividade de regulación transcricional asociada co estrés oxidativo. A APEX é acetilada por PCAF; pero mantense establemente asociada e é desacetilada polas HDACs de clase I. O estado acetilado de APEX non parece afectar á súa actividade reparadora de ADN, pero si regula a súa función transcricional, modificando a súa capacidade de unirse ao ADN, concretamente, ao promotor PTH que precede e regula a expresión do xene da parathormona.^[18][19]
• A NF-κB é un factor de transcrición clave e unha molécula efectora implicada na resposta da célula ao estrés. Componse de dúas subunidades que conforman o heterodímero p50/p65. A subunidade p65 é controlada por acetilación por medio de PCAF e por desacetilación pola HDAC3 e HDAC6.^[20]

Inhibidores de HDACs

Artigo principal: Inhibidores de histona desacetilases.

Os inhibidores de histona desacetilases (HDIs) posúen unha longa historia como fármacos utilizados en psiquiatría e neuroloxía (por exemplo o ácido valproico) por presentaren unha acción estabilizadora e anti-epiléptica. Máis recentemente, os HDIs foron empregados como mitigadores no tratamento de enfermidades neurodexenerativas.^[21][22] Tamén nos últimos anos, levouse a cabo un esforzo notable no desenvolvemento de HDIs para terapias do cancro, como vorinostat, que foi aprobado recentemente para o tratamento do linfoma cutáneo de células T (CTCL). O mecanismo exacto polo que funcionan estes compostos aínda non está claro, mais parece estar relacionado con rutas de regulación epixenética.^[23] Ademais, un ensaio clínico está estudando o efecto do ácido valproico sobre as partículas víricas de VIH en persoas infectadas.^[24] Os HDIs están propoñéndose actualmente como quimiosensores en quimioterapia citotóxica ou en radioterapia, ou ben asociados con inhibidores da metilación do ADN, baseados na sinerxia entre ambos os compostos observada en ensaios in vitro.^[25]

Os HDIs tamén teñen efectos en proteínas non histonas que están relacionadas co proceso de acetilación. Os HDIs poden alterar o grao de acetilación destas proteínas e así incrementar ou reprimir a súa actividade. Nos catro exemplos mostrados anteriormente no caso das HDACs con actividades sobre proteínas non histonas (véxase apartado de "Función"), hai que salientar un HDI denominado tricostatina A (TSA), que pode bloquear a actividade de todas elas. As HDIs demostraron poder alterar a actividade de multitude de factores de transcrición, como ACTR, cMyb, E2F1, EKLF, FEN1, GATA, HNF-4, HSP90, Ku70, NFκB, PCNA, p53, proteína do retinoblastoma, Runx, SF1, Sp3, STAT, TFIIE, TCF e YY1.^[3][26]

Os inhibidores da histona desacetilase poden modular a latencia dalgúns virus (por exemplo herpesvirus), o que ten como resultado a súa reactivación.^[27]

Un inhibidor da histona desacetilase é tamén o Abexinostat.