CREB-связывающий белок , также известный как CREBBP или CBP или KAT3A (где CREB — белок, связывающий элемент ответа цАМФ), является коактиватором, кодируемым геном CREBBP у людей, расположенным на хромосоме 16p13.3. [5] [6] CBP обладает внутренними функциями ацетилтрансферазы ; он способен добавлять ацетильные группы как к факторам транскрипции, так и к гистоновым лизинам, последний из которых, как было показано, изменяет структуру хроматина, делая гены более доступными для транскрипции . [7] [8] [9] [10] Эта относительно уникальная активность ацетилтрансферазы также наблюдается в другом ферменте транскрипции, EP300 (p300). Вместе они известны как семейство коактиваторов p300-CBP и, как известно, связаны с более чем 16 000 генов у людей; Однако, хотя эти белки имеют много общих структурных особенностей, новые данные свидетельствуют о том, что эти два коактиватора могут способствовать транскрипции генов с различными биологическими функциями. [7] [11] [12]
Например, CBP сам по себе был вовлечен в широкий спектр патофизиологий, включая колоректальный рак , а также плоскоклеточный рак головы и шеи . При этих заболеваниях было показано, что ассоциация CBP с β-катенином способствует пролиферации раковых клеток и агрессивности заболевания, тогда как p300/ β-катенин приводит к клеточной дифференцировке и/или апоптозу . [11] [13] Также было показано, что CBP помогает модулировать функцию печени посредством поддержания энергетического гомеостаза в ответ на изменения условий питания клеток, регулируя активность факторов транскрипции и генов, ответственных за липогенез и глюконеогенез . [6] CBP также вовлечен в этиологию нескольких других заболеваний, включая гематологические злокачественные новообразования и другие солидные опухоли, диабет , шизофрению , болезнь Альцгеймера , депрессию и многие другие неврологические состояния. [14] [15] [16] [17] [18]
Функциональный CBP имеет длину приблизительно 7362 нуклеотида и кодирует 2441 аминокислоту. [8] [18] CBP не взаимодействует напрямую с элементами промотора; он доставляется на сайт посредством белок-белковых взаимодействий, которые являются результатом его различных структурных доменов, комплексирующихся с другими транскрипционными коактиваторами. [8]
CBP имеет два домена переходного адаптера цинкового пальца (TAZ), каждый из которых состоит из четырех альфа-спиралей, стабилизированных ионами цинка. Оба домена TAZ1 и TAZ2 благоприятствуют гидрофобным остаткам в амфипатических аминокислотных последовательностях, и их связывающая способность усиливается за счет взаимодействия кислотных остатков с положительными боковыми цепями. [19] Факторы, которые связываются с TAZ2, также потенциально регулируются посредством ацетилирования из-за его близости к домену ацетилтрансферазы (KAT). [19]
Хотя в CBP идентифицировано три домена, богатых цистеином - гистидином , структурные функции были определены только для доменов 1 и 3 (CH1, CH3). [8] Ряд факторов, которые ассоциируются с CBP, связываются либо с доменом CH1, либо с CH3, либо с обоими, несмотря на их расположение на противоположных концах белка. На сегодняшний день мало что известно о взаимодействии между этими двумя доменами. Было показано, что первичная структура CH1 и CH3 распадается на консенсусные последовательности, которые способны хелатировать ионы цинка (Zn 2+ ). [8] Проведенные эксперименты также показали, что остатки в этих последовательностях являются обязательными для транскрипционной коактивации, происходящей либо CH1, либо CH3. [8] Область CH2, расположенная в середине белка, в его ацетилтрансферазном домене, не содержит эту консенсусную последовательность и не было окончательно показано, что она связывает ионы цинка.
Домен KIX , домен связывания CREB, домен взаимодействия MYB
Домен взаимодействия с индуцируемым киназой доменом (KID) (KIX) также является доменом белка на CBP и p300, где гетеродимеры образуются в результате взаимодействия CBP (или p300) с другими факторами транскрипции и коактиваторами. Он состоит из трех альфа- и двух 3 10- спиралей, которые имеют высокое сродство к амфипатическим белковым последовательностям. [19] Интересно, что эти спирали могут складываться в ряд различных конформеров, что позволяет домену поддерживать как уровень промискуитета, так и осуществлять регуляторный контроль. [19] Домен KIX контролирует скорость транскрипции и, как было показано, имеет решающее значение для гемопоэтической дифференциации. [8] [19] [20] Было показано, что некоторые из белков, которые связываются с этим доменом, связываются конкурентно, например, CREB и Myb, тогда как другие связываются посредством аллостерической кооперации, как в случае MLL и Myb . [19]
Бромодомены (BRD) состоят приблизительно из 110 аминокислот, которые распознают ацетилированные молекулы лизина. [8] Они состоят из четырех левозакрученных альфа-спиралей, соединенных петлями, которые образуют гидрофобные связывающие карманы. [8] [19] Бромодомен CBP связывается с областями генома, богатыми остатками ацетилированного лизина, что означает, что они потеряли свой положительный заряд, уменьшая сродство гистонов к ДНК, что делает область более открытой и доступной для транскрипции. Было показано, что ацетилированный p53 и STAT3 связываются с бромодоменом CBP. [18]
Домен лизинацетилтрансферазы (KAT) из 380 белковых остатков, возможно, является одним из самых важных и идентифицирующих структурных компонентов CBP. Его активность регулируется посредством фосфорилирования CBP. Интересно, что он способен ацетилировать не только гистоны, но и другие белки. В настоящее время известно более 100 субстратов для домена KAT CBP, включая такие белки, как p53, E2F -1-3, GATA-1 , MyoD и CREB . [18] Способность CBP ацетилировать p53 через свой домен KAT, что затем увеличивает сродство p53 к бромодомену CBP, демонстрирует интересный механизм, с помощью которого этот уникальный белок может самообслуживающе регулировать транскрипцию генов.
Он же домен связывания фактора ответа интерферона (IBiD)
Домен связывания ядерного рецептора-коактиватора (NCBD), расположенный на С-конце CBP, в несвязанном состоянии колеблется между несколькими конформациями. [19] Связывание целевого белка с NCBD приведет к его сворачиванию в три спирали, которые специфически функционируют для связи с неупорядоченными доменами его партнеров по связыванию. [19] Среди белков, которые, как известно, связываются с этой областью, есть ACTR (p160) — коактиватор для тиреоидных и ретиноидных рецепторов, его гомолог SRC-1 , p53 и SMAD . [20] [19]
Белки, взаимодействующие специфически с CBP
Этот ген повсеместно экспрессируется и участвует в транскрипционной коактивации многих различных факторов транскрипции . У CBP есть два критических механизма, с помощью которых он может регулировать экспрессию генов: как ацетилтрансфераза и как белковый каркас, который помогает рекрутировать и конструировать комплексы, необходимые для транскрипции или ремоделирования хроматина. Фосфорилирование CBP увеличивает его ацетилтрансферазную активность, процесс, предположительно, регулируется зависимым от клеточного цикла образом. [18] Недавние результаты показывают, что новая CBP-опосредованная посттрансляционная активность N- гликозилирования изменяет конформацию взаимодействующих с CBP белков, что приводит к регуляции экспрессии генов, роста и дифференциации клеток, [28]
Часто в научных работах (особенно в недавних) CBP и p300 используются взаимозаменяемо как CBP/p300. Это разумное объединение, учитывая гомологию последовательностей, структурное сходство и связывающее поведение этих двух белков. Однако текущие исследования показывают, что CBP и p300 сохраняют различные биологические функции и поэтому не должны смешиваться.
Сообщалось, что, несмотря на наличие общих гистоновых субстратов, при наличии более низких количеств гистона или ацетил-КоА, CBP и p300 имеют разные, предпочтительные ацетилтрансферазные субстраты. [18] В эксперименте, проведенном с участием герпесвируса, ассоциированного с саркомой Капоши , было показано, что патологический белок (vIRF) повышается под действием CBP и подавляется p300. [12] Исследования гомозиготного нокаута p300 на мышах были эмбриональными летальными, с неправильной нейруляцией и плохим развитием сердца, происходящими во время их ограниченного выживания. Кроме того, фибробласты, выделенные из этих мышей, не могли должным образом пролиферировать и не имели рецептора ретиноевой кислоты . [7] [18] Трансгенно измененные мыши, гомозиготные по мутировавшим копиям CBP (отсутствующим домену KAT), также были эмбрионально летальными, однако вместо этого у этих мышей был плохой сосудистый ангиогенез и аномальный гемопоэз, характеризующийся отсутствием пролиферации клеток-предшественников и измененной гемопоэтической микросредой. [18] Тот факт, что как гомозиготные нокауты CBP, так и p300 были эмбрионально летальными, предполагает, что эти факторы играют решающую роль в эмбриогенезе. Дифференциальные фенотипы этих эмбрионов также указывают на то, что CBP и p300 регулируют различные аспекты эмбрионального развития.
Исследования, проведенные в конце 1990-х годов, продемонстрировали, что пиковая активность ацетилтрансферазы CBP происходит при переходе между фазами G1/S контрольной точки клеточного цикла . [29] Учитывая концентрации CDK2, присутствующие в клетке на этой стадии клеточного цикла, была выдвинута гипотеза, что CDK2 может быть ключевым регулятором этих посттрансляционных модификаций. [7] Оказалось, что введение ингибиторов циклина E/CDK2 фактически ингибировало ферментативную активность домена KAT CBP. [29] Другие белки, которые, как было показано, фосфорилируют CBP, включают MAP-киназу , PKA и CAMK4 . [7] [18] Было показано, что Ser-133 является важным остатком, который фосфорилируется PKA для инициирования транскрипционной активности CBP. [30] [20]
Семейство факторов транскрипции E2F имеет решающее значение для перевода клетки из фазы G1 в фазу S клеточного цикла. [31] Они связываются с консенсусом последовательности в промоторной области генов, участвующих в репликации ДНК. Было показано, что CBP (и p300) взаимодействуют с белками E2F как в качестве коактиватора, так и в качестве ацетилтрансферазы, последняя из которых вызывает повышенную аффинность связывания ДНК E2F. [5] [12] Исследование нокаута , опубликованное в 2000 году, в котором использовалась микроинъекция антитела против CBP/p300, значительно уменьшило количество клеток, способных перейти в фазу S, что еще раз подтверждает идею о том, что CBP необходим для транскрипции факторов, необходимых для перехода в фазу G1/S. [12]
Также считается, что CBP облегчает процесс репликации ДНК во время S-фазы путем ацетилирования гистонов вокруг точек начала репликации . [12] Ацетилирование гистонов , в частности остатков лизина в гистонах, ослабляет взаимодействие электрического заряда между гистоном и ДНК, в результате чего эта область становится более открытой и доступной для механизмов, необходимых для репликации ДНК. Два маркера ацетилирования гистонов, которые были связаны с активными областями, включают ацетилирование лизина 18 гистона 3 (H3K18ac) и ацетилирование лизина 27 гистона 3 (H3K27ac). [12] Также было показано, что CBP ацетилирует две эндонуклеазы ( FEN1 , DNA2 ), которые участвуют в обработке фрагментов Оказаки . [12]
Другим ключевым компонентом клеточного цикла, который регулируется CBP, является комплекс/циклосома, способствующий анафазе (APC/C). Этот комплекс состоит из многочисленных субъединиц, которые сгруппированы в два субдомена, «Arc Lamp» и «Platform», и функционирует как E3 убиквитинлигаза , которая нацелена на компоненты, связанные с клеточным циклом, такие как циклин B , секурин и PLK1 для деградации протеасомы . [32] [33] Было показано, что две субъединицы APC/C напрямую взаимодействуют с CBP: AP5, которая расположена в субдомене Platform, и AP7, расположенная в субдомене Arc Lamp. [32] [33] Эксперименты, проведенные с использованием РНК-интерференции для полного подавления CBP и p300, показали значительное увеличение концентрации белков для тех, которые обычно нацелены на APC/C, и привели к остановке ряда клеток в митотической фазе клеточного цикла. [33]
Было показано, что CBP и p300 ацетилируют ключевые факторы, участвующие в различных процессах репарации ДНК , включая репарацию удаления оснований , репарацию удаления нуклеотидов и негомологичное соединение концов . [23] CBP и p300 играют роль в ацетилировании белков ответа на повреждение ДНК , и эта посттрансляционная модификация влияет на их функцию. [23]
Синдром Рубинштейна-Тейби (RTS) — редкое генетическое заболевание, которое является результатом генетических мутаций либо в CBP, либо в p300. RTS типа 1, который вызван мутациями CBP, для которого было задокументировано более 500 различных вариаций, составляет приблизительно 55% всех случаев, тогда как RTS типа 2, который вызван любым из почти 120 различных типов мутаций p300, составляет всего 8% диагностированных случаев. [34] Было показано, что большинство этих мутаций вызывают потерю функции гена через делеции, точечные или укороченные мутации. [12] Статистика показывает, что у пациентов с RTS повышен риск рака, причем приблизительно 5% этого риска можно отнести к детским злокачественным новообразованиям, возникающим из нервного гребня. [12] У людей с RTS часто наблюдаются скелетные аномалии, нейроанатомические дефекты и умственные нарушения, включая более низкие уровни интеллекта, дефицит внимания и нарушение координации движений. [22]
Было показано, что CBP играет роль на каждой стадии развития опухоли. [8] Из-за его критической роли в регуляции пролиферации клеток, роста, миграции и апоптоза, он считается онкогеном или супрессором опухолей. [5] Напротив, на сегодняшний день повышенная активность CBP была связана с различными злокачественными новообразованиями, включая рак молочной железы , рак легких , рак простаты , колоректальный рак, острые лейкозы, рак головы и шеи и многие другие. [8] [11] [18] [12] Согласно Каталогу соматических мутаций при раке (COSMIC), наиболее распространенными генетическими мутациями в CBP являются миссенс-мутации (составляющие ~71% всех мутаций CBP). Наиболее частые мутации происходят в домене KAT, что в основном приводит либо к снижению, либо к ингибированию активности ацетилтрансферазы. [12]
У эмбриональных мышей, гетерозиготных по CBP (Cbp +/- ), наблюдался « экстрамедуллярный кроветворение , снижение клеточности костного мозга [более низкое соотношение костного мозга к жиру] и аномалии дифференцировки кроветворения». [18] К возрасту 1 года у этих мышей наблюдался повышенный уровень заболеваемости лейкемией или гематологической неоплазией. [25] Интересно, что секвенирование опухолей показало потерю гетерозиготности для аллеля дикого типа . [18] Одно из предложенных объяснений этих экспериментальных результатов заключается в том, что CBP играет роль в самообновлении гемопоэтических стволовых клеток. [18]
В случаях с пациентами, у которых диагностирован острый миелоидный лейкоз (ОМЛ) и миелодиспластический синдром , было показано, что CBP приобретает функцию. [12] Это происходит посредством хромосомных транслокаций между CBP и другой ацетилтрансферазой, называемой цинковым пальцем моноцитарного лейкоза (MOZ), и/или между генами MORF (фактор, связанный с MOZ) и MLL (лейкемия смешанного происхождения). [12] Оба случая приводят к слитым белкам, в которых теряется C-конец CBP, а домены ацетилтрансферазы из обоих белков сохраняются, что приводит к повышенной активности KAT и началу заболевания. [12]
Сообщалось, что у 18% пациентов с рецидивирующим случаем острого лимфобластного лейкоза (ОЛЛ) имелись мутации домена CBP KAT. [18]
Мутации CBP, хотя и относительно редкие, были выявлены при раке легких . [21] Дальнейший анализ также показал, что на ранних стадиях опухолегенеза респираторного эпителия наблюдается повышенная экспрессия CBP, а также AP-1 и циклина D1, факторов, которые, как известно, связаны с транскрипционной активностью CBP. Эта повышенная экспрессия может привести к нисходящим сигнальным событиям, которые способствуют развитию опухоли легких. [21]
Тяжесть заболевания колоректальным раком и раком головы и шеи (HNSCC) была связана с ассоциацией CBP с β-катенином, критическим фактором, участвующим в каноническом сигнальном пути Wnt . [11] [13] Ассоциация CBP с β-катенином приводит к транскрипции генов, ответственных за более агрессивные признаки рака, включая наличие популяций раковых стволовых клеток, снижение инфильтрации иммунных клеток и вероятность метастазирования. [13] Эксперименты по изучению использования ингибитора малой молекулы ассоциации β-катенин/CBP (ICG-001), который не блокирует ассоциацию p300/β-катенин, показали снижение канцерогенеза и повышение клеточной дифференцировки и апоптоза. [11] [13]
Повышенная ядерная гормональная сигнализация, опосредованная рецепторами андрогена (AR) и эстрогена (ER), ответственна за ряд случаев рака простаты и молочной железы соответственно. [11] Известно, что CBP взаимодействует с AR и ER как в контексте коактиватора, так и в контексте ацетилтрансферазы. Было показано, что ингибирование активности CBP KAT снижает сигнализацию AR и ER путем снижения экспрессии рецепторов; это, в свою очередь, подавляет опухолеобразование обеих злокачественных опухолей. [11]
Энергетический гомеостаз , который зависит от баланса глюкозы и липидов , необходим для выживания организма. [6] Заболевания, связанные с нарушением метаболической активности, включают ожирение , диабет 2 типа (СД2) и неалкогольную жировую болезнь печени (НАЖБП). В контексте равновесия избыточное питание способствует липогенезу (синтезу липидов) в ответ на повышенные концентрации глюкозы и инсулина, а голодание способствует β-окислению (распаду липидов) и глюконеогенезу (синтезу глюкозы). [6] Эксперименты, проведенные на мышах с ожирением, вызванным диетой, показали повышенный липогенез, вызванный сверхэкспрессией белка 1C, связывающего регуляторный элемент стерола ( SREBP1C ), который работает в координации с белком, связывающим элемент, реагирующий на углеводы ( ChREBP ). Оба являются факторами транскрипции, критически важными для липогенеза, и оба ацетилируются CBP, посттрансляционной модификацией, которая увеличивает их транскрипционную активность. [6] Чтобы сбалансировать увеличение синтеза липидов, организм должен иметь возможность экспортировать макромолекулу из клеток и хранилища. Микросомальный белок переноса триглицеридов ( MTP ) отвечает за сборку и секрецию липопротеинов и ассоциируется с РНК-хеликазой, DDX3, которая взаимодействует с CBP, вызывая ацетилирование HNF4 , что, в свою очередь, увеличивает скорость транскрипции MTP в положительной обратной связи. [6]
CBP также играет роль в регуляции гомеостаза глюкозы во время голодания. Исследования также показали, что глюкагон , гормон, высвобождаемый при низком уровне сахара в крови, активирует белок, связывающий элемент ответа цАМФ ( CREB ), который затем связывается с CBP как коактиватор для транскрипции FOXO1. [6] FOXO1 является фактором транскрипции для ферментов, включая глюкозо-6-фосфатазу и фосфоенолпируваткарбоксикиназу ( PECK1 ), которые необходимы для глюконеогенеза.
Было показано, что CREB обладает нейропротекторными свойствами. [14] Из-за его связи с CBP, понимание роли CBP в неврологических путях и того, как аберрации влияют на заболевание, становится все более интересным. Было разработано множество животных моделей для оценки изменений в двигательной, обучающей и памяти функции у мышей с мутациями CBP. Условно нокаутированные (cKO) мыши, которые были гемизиготными по CBP или имели точечные мутации CBP, демонстрировали дефекты памяти — особенно связанные с долговременной памятью . [22] У мышей с гомозиготными точечными мутациями в их домене CBP KIX наблюдались нарушения обучения и выполнения двигательных навыков. [22] В сочетании с неврологическими проблемами, испытываемыми пациентами с RTS (более низкие уровни интеллекта, дефицит внимания), CBP можно объяснить различными неврологическими симптомами, характерными для многих различных типов заболеваний.
Расстройства фетального алкогольного спектра (FASD) — это классификация заболеваний, которые все являются результатом воздействия алкоголя во время беременности. [22] Симптомы этих расстройств включают плохое мозжечково-зависимое обучение, координацию движений и нарушение равновесия. [22] Было показано, что у крыс с FASD были снижены концентрации CBP и более низкие уровни ацетилирования H3 и H4. [22]
Болезнь Хантингтона (HD) — это фатальное прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, которое является результатом генетической мутации в гене Хантингтина, вызывающей синтез мутировавшего белка Хантингтина (Htt). [22] Наиболее часто встречающимися симптомами этого заболевания являются двигательные расстройства, включая нарушение двигательной функции, поведенческие изменения и когнитивные нарушения, которые в конечном итоге приводят к деменции. [35] На животных моделях было отмечено, что у субъектов HD наблюдалась сниженная активность CBP и сниженное ацетилирование нейрональных гистонов. [22] Исследования показали, что mutHtt напрямую взаимодействует с CBP. Была выдвинута гипотеза, что мутантный Htt либо способен разрушать CBP, либо напрямую ингибирует домен ацетилтрансферазы CBP. [22] [14]
Болезнь Альцгеймера (БА) — прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, патология которого диагностируется на основе наличия невритических амилоидных бета- (Aβ) бляшек и нейрофибриллярных тау-клубков (τ). [22] Поскольку точные причины заболевания не до конца понятны, существует ряд различных механизмов, посредством которых предполагается, что CBP играет роль в прогрессировании БА. Во многих случаях семейной БА с ранним началом (FAD) наблюдаются мутации белков, которые составляют фермент, ответственный за создание бляшек Aβ. Активность CBP снижается при отсутствии этих белков ( пресенилин 1 или пресенилин 2 ). [16] [22] Кроме того, в мышиных моделях БА было показано, что наблюдается снижение ацетилирования нейрональных гистонов, критической функции CBP. [22]
Учитывая контроль CBP над широким спектром физиологических процессов, разработка ингибиторов активности CBP становится все более важной в качестве потенциальных методов лечения. На сегодняшний день лишь часть того, что было обнаружено, перешла в клинические испытания.
{{cite book}}
: |journal=
проигнорировано ( помощь )В данной статье использован текст из Национальной медицинской библиотеки США , являющийся общественным достоянием .