pobierz

Acta Haematologica Polonica 2009, 40, Nr 4, str. 787–798
PRACA POGLĄDOWA – Review Article
ANETA GRABARSKA, ANDRZEJ STEPULAK, MARTA STRYJECKA-ZIMMER
Acetylazy i deacetylazy histonów – znaczenie w patogenezie
nowotworowych chorób hematologicznych
Histone acetylases and deacetylases – involvement in pathogenesis
of hematological malignances
Katedra i Zakład Biochemii i Biologii Molekularnej Uniwersytetu Medycznego w Lublinie
Kierownik Katedry i Zakładu: Prof. dr hab. Marta Stryjecka-Zimmer
STRESZCZENIE
Odwracalna acetylacja/deacetylacja histonów jest katalizowana przez enzymy z klasy acetylotransferaz histonów (HATs) i deacetylaz histonów (HDACs). Enzymy te pełnią funkcje odpowiednio aktywatorów i represorów transkrypcji. Regulują ekspresje genów docelowych istotnych
podczas rozwoju i róŜnicowania komórek krwi. Zakłócenie funkcji tych enzymów prowadzi do
rozwoju wielu nowotworowych chorób hematologicznych.
W niniejszym opracowaniu omówiono rolę oraz molekularny mechanizmu działania HATs i
HDACs histonów w procesie hematopoezy i ich znaczenie w patogenezie nowotworowych chorób hematologicznych.
SŁOWA KLUCZOWE: Acetylotransferazy histonów (HAT) – Deacetylazy histonów (HDAC) –
Hematopoeza
SUMMARY
The reversible acetyltaion/deacetylation is carried out by two classes of enzymes, histone acetyltransferases (HATs) and histone deacetylases (HDACs). These enzymes act as activators and
repressors of transcription, resprectively. They regulate target genes expression playing critical
role in development and proliferation of blood cells. The disruption of function of HATs and
HDACs leads to malignant hematopoiesis.
This review provides the role and molecular mechanisms of function HATs and HDACs in hematopoiesis and their involvement in hematological neoplasia.
KEY WORDS: Histone acetyltransferases (HAT) – Histone deacetylases (HDAC) – Hematopoesis
WPROWADZENIE
U organizmów Eukariota materiał genetyczny znajdujący się w jądrze komórkowym występuje w formie chromatyny. Podstawową jednostką strukturalną chromatyny
jest nukleosom, który składa się z DNA o długości 146 par zasad, nawiniętego na
oktamer histonów rdzeniowych obejmujący po dwie cząsteczki kaŜdego z histonów:
788 A. GRABARSKA i wsp.
H2A, H2B, H3 i H4. Zadaniem histonu H1, nie będącego częścią oktameru, jest stabilizacja struktur chromatyny wyŜszego rzędu [1, 2].
Poza funkcją strukturalną, histony pełnią równieŜ funkcję regulatorową, odgrywając istotną rolę w regulacji ekspresji genów. Histony podlegają licznym modyfikacjom
post-translacyjnym: acetylacji, fosforylacji, metylacji, ubikwitynacji i ADP-rybozylacji
[3, 4, 5]. Jedną z kluczowych modyfikacji histonów jest acetylacja. Jej znaczenie potwierdziły pionierskie badania Alfrey’a et al. [6] (1964), który wykazał silną korelacje
pomiędzy zwiększonym poziomem acetylacji histonów a wzmoŜoną ekspresją genów.
Acetylacja dotyczy grup ε-aminowych reszt lizyny zlokalizowanych na fragmentach
N-koncowych histonów rdzeniowych i przyczynia się do aktywacji transkrypcji genów
poprzez wywołanie zmian konformacyjnych nukleosomu. Zmiany te są wynikiem neutralizacji oddziaływań jonowych pomiędzy dodatnio naładowanymi resztami lizyny
histonów a ujemnie naładowanymi resztami fosforanowymi DNA. Osłabienie tej interakcji powoduje rozluźnienie chromatyny, przez co DNA staje się bardziej dostępny
dla czynników transkrypcyjnych i moŜliwa jest transkrypcja [7]. Enzymami odpowiedzialnymi za odwracalną acetylację/deacetylację histonów są acetylotransferazy histonów (HATs) oraz deacetylazy histonów (HDACs).
Acetylotransferazy histonów (HATs)
Acetylotransferazy histonów są to białka wielopodjednostkowe pełniące funkcje
aktywatorów i koaktywatorów (specyficznych białek oddziałujących z DNA) regulujących transkrypcje. Występowanie w HAT róŜnych podjednostek wpływa na specyficzność substratową tych enzymów. Mogą one rozpoznawać róŜne rodzaje histonów, a
takŜe katalizować reakcje acetylacji względem róŜnych reszt lizyny w obrębie tego
samego histonu [8, 9]. Liczba acetylotransferaz histonów jest zaskakująco duŜa w komórkach eukariotycznych. Enzymy te są powszechne u róŜnych gatunków, począwszy
od droŜdŜy a skończywszy na człowieku. Mają wysoce konserwatywne domeny katalityczne, na podstawie których wyróŜniono trzy główne rodziny HATs: GNAT (Gcn5related N-acetyltransferase), MYST (jej nazwa pochodzi od pierwszych liter przedstawicieli (MOZ, Ybf2-Sas3, Sas2, Tip60) i p300/CBP [10]. Kluczową funkcję w hematopoezie pełnią acetylotransferazy histonów z rodziny MYST i p300/CBP.
Rodzina MYST jest bardzo liczna. U człowieka zidentyfikowane m.in.: acetylotransferazy TIP60, MOF, HBO1, MOZ i MORF [11]. Acetylotransferaza TIP60 (HIV
Tat-interacting protein of 60kDa), oprócz funkcji acetylacji histonów, pełni rolę koaktywatora istotnych białek komórkowych m.in: supresora nowotworowego p53. W odpowiedzi na zniszczenia DNA, TIP60 acetyluje białko p53 w pozycji Lys120 oraz
kinazę ATM. Ta ostatnia fosforyluje białko p53 w pozycji Ser15. Jednoczesna fosforylacja i acetylacja supresora nowotworowego p53 powoduje jego aktywację. W zaleŜności od stopnia uszkodzeń DNA, białko p53 moŜe indukować naprawę DNA lub zaprogramowaną śmierć komórki (apoptozę). JeŜeli uszkodzenia DNA nie są zbyt powaŜne, białko p53 stymuluje ekspresję białka p21. Białko p21 jest inhibitorem kinazy
zaleŜnej od cyklin (CDK2), której hamowanie uniemoŜliwia wprowadzenie komórki
Acetylazy i deacetylazy histonów
789
do fazy S cyklu komórkowego. Zatrzymanie cyklu komórkowego w fazie G1 daje
komórce czas na naprawę uszkodzonego DNA, zanim zostanie on zreplikowany. W
przypadku, gdy uszkodzenia DNA są głębokie, białko p53 kieruje komórkę na drogę
apoptozy [12].
Acetylazy MOZ (monocytic leukemia zinc finger protein) i MORF (monocytic
leukemia zinc finger protein related factor) zostały po raz pierwszy zidentyfikowane
podczas analizy translokacji chromosomowych charakterystycznych dla ostrej białaczki szpikowej [13,14]. Oba białka pełnią funkcje koaktywatorów czynników transkrypcyjnych Runx (odpowiednio Runx1 i Runx2, określanych takŜe jako AML1 i AML3)
[15].
HAT z rodziny p300/CBP (p300/CREB binding protein) są wysoce homologicznymi koaktywatorami transkrypcji. Maja zdolność oddziaływania z róŜnymi czynnikami transkrypcyjnymi, dzięki czemu mogą regulować proces transkrypcji. Do czynników tych naleŜą czynniki transkrypcyjne biorące udział w prawidłowej hematopoezie
np.: GATA1 (niezbędny w prawidłowym dojrzewaniu erytrocytów), EKLF (the erythroid Kruppel like factor; niezbędny w rozwoju erytrocytów i megakariocytów), PU.1
(biorący udział w rozwoju komórek mieloidalnych). Acetylazy histonów z rodziny
p300/CBP wiąŜą się równieŜ z grupą podstawowych czynników transkrypcyjnych
budujących kompleks inicjacyjny transkrypcji. Przykładem moŜe być: podjednostka β
TFIIE i czynnik TFIIF. Acetylaza p300/CBP, podobnie jak acetylaza TIP60, ma zdolność acetylacji białka p53 i tym samym bierze udział w kontroli proliferacji komórkowej i naprawie DNA.
Wykryto równieŜ wiele białek posiadających aktywność acetylotransferazy, które
nie są przyporządkowywane do Ŝadnej z rodzin. NaleŜą do nich m.in.: ACTR (activator of the thyroid and retinoic acid receptor) i SRC1 (steroid receptor coactivator) oraz
białko TAFII250 będące elementem strukturalnym kompleksu TFIID. Białka ACTR i
SRC1 są koaktywatorami bezpośrednio wiąŜącymi się do receptorów jądrowych dla
hormonów sterydowych stymulując transkrypcję w sposób zaleŜny od hormonu. Kompleks TFIID obejmujący TBP (TATA binding protein) i liczne białka z grupy TAFIIs
rozpoznaje specyficzne sekwencje DNA, tzw. kasetę TATA i kieruje do nich róŜne
białka inicjując proces transkrypcji. Kompleks TFIID jako acetylotransferaza histonów
rozluźnia strukturę chromatyny i udostępnia DNA nukleosomalny w regionie promotora dla innych czynników transkrypcyjnych.
Deacetylazy histonów (HDACs)
Deacetylazy histonów, podobnie jak acetylazy histonów są to białka wielopodjednostkowe. Deacetylacja histonów katalizowana przez HDACs powoduje ściślejsze
wiązanie się histonów z DNA a przez to hamowanie transkrypcji. Innym mechanizmem mającym wpływ na ekspresje genów jest oddziaływanie HDACs z róŜnego typu
represorami/korepresorami (mSin3A, NCoR/SMRT i NURD/Mi-2) oraz receptorami
jądrowymi dla hormonów sterydowych, gdy nie są związane z ligandem [16]. HDACs
wyizolowano zarówno u droŜdŜy jak i u wyŜszych Eukariota. Deacetylazy histonów
790 A. GRABARSKA i wsp.
występujące u wszystkich ssaków, na podstawie ich podobieństwa strukturalnego do
HDACs u droŜdŜy, aktywności enzymatycznej oraz umiejscowienia w komórce podzielono na cztery klasy [17]. HDACs klasy I (HDAC1, -2, -3 i -8) są homologiczne z
deacetylazą Rpd3 (reduced potassium dependency 3 protein) u droŜdŜy, występują
głównie w jądrze komórkowym i ulegają ekspresji w wielu tkankach i liniach komórkowych. HDAC1 bierze udział w regulacji cyklu komórkowego wpływając na zdolność komórek nowotworowych do podziałów mitotycznych. HDAC2 zapobiega apoptozie. HDACs klasy II (HDAC4, -5, -6, -7, -9, -10), będące homologami Hda1 u droŜdŜy, ulegają ekspresji tylko w pewnych tkankach i w zaleŜności od stanu fosforylacji
oraz wiązania się z białkami opiekuńczymi (chaperonami) mają zdolność przemieszczania się pomiędzy jądrem a cytoplazmą [17]. HDACs klasy III określane są inaczej
jako sirtuiny (SIRT – silent information regulators). Są to homologi Sir2 występującego u droŜdŜy. Klasa ta zarówno pod względem funkcjonalnym jak i strukturalnym jest
odmienna od poprzednich klas i do prawidłowego działania wymaga obecności kofaktora NAD. U człowieka zidentyfikowano siedmiu przedstawicieli tej klasy. SIRT1, -6,
-7 zlokalizowane są w jądrze komórkowym, SIRT3, -4, -5 występują w mitochondriom, natomiast SIRT2 występuje przewaŜnie w cytoplazmie. Deacetylaza SIRT1 jest
wraŜliwa na stres i deacetyluje róŜne białka niehistonowe m.in.: p53, czynniki transkrypcyjne (np.: NF-kB), białka o aktywności acetylaz histonów (np.: p300, PCAF),
białka biorące udział w naprawie DNA (np.: Ku70) [17]
Jedynym przedstawicielem HDACs klasy IV jest HDAC11, która występuje w jądrze komórkowym.
Udział HATs w patologii hematopoezy
Prawidłowa hematopoeza jest procesem dynamicznym, w którym wielopotencjalne
komórki macierzyste HSCs (hematopoietic stem cells) są prekursorami komórek krwi
linii limfoidalnej (limfocyty T i B) oraz linii mieloidalnej (granulocyty, monocyty,
makrofagi, płytki krwi i erytrocyty). Proces ten wymaga m.in.: obecności szeregu
czynników transkrypcyjnych, które przyłączając kompleksy acetylaz/deacetylaz histonów wpływają na ekspresje genów docelowych istotnych podczas rozwoju i róŜnicowania komórek krwi [18]. Podstawowym mechanizmem prowadzącym do zakłócenia
procesu hematopoezy i tym samym do rozwoju procesu nowotworowego jest powstanie zmienionego funkcjonalnie i strukturalnie chimerycznego czynnika transkrypcyjnego, który nieprawidłowo przyłącza HATs lub HDACs [17].
Jednym z waŜnych dla hematopoezy czynników transkrypcyjnych jest białko MLL
(mixed lineage leukemia), które pod względem funkcjonalnym i strukturalnym przypomina białko Trithorax (trxG) u Drosophila melanogaster. Białko MLL naleŜy do
metylotransferaz histonów (HMTs), oddziałuje na geny HOX (Hoxa7 i Hoxa9), które
odgrywają waŜną rolę w morfogenezie osiowej oraz róŜnicowaniu komórek hematopoetycznych. Geny HOX ulegają ekspresji w komórkach macierzystych oraz niedojrzałych komórkach progenitorowych szpiku kostnego i są tłumione w procesie końcowego róŜnicowania i dojrzewania komórek mieloidalnych. Sygnałem aktywującym geny
Acetylazy i deacetylazy histonów
791
HOX jest metylacja Lys4 H4 z udziałem domeny SET białka MLL i przyłączenie acetylazy CBP. Negatywnym regulatorem ekspresji genów HOX są kompleksy białkowe
PcG, zwane takŜe jako PRC (polycomb repressive complexes). Kompleksy PcG posiadają aktywność metylotransferazy histonu, inicjacja represji transkrypcji ma miejsce w
wyniku trimetylacji Lys27 H3 i przyłączenia HDAC1. Innym z moŜliwych mechanizmów hamowania ekspresji genów HOX jest blokowanie kompleksu przebudowującego chromatynę SWI/SNF poprzez kompleks PRC [19].
Rola MLL w prawidłowej hematopoezie została potwierdzona przez badania nad
translokacją tego genu w ostrej białaczce szpikowej AML (acute myeloid leukaemia),
ostrej białaczce limfoblastycznej ALL (acute lymphoblastic leukaemia) oraz zespołach
mielodysplastycznych [20,21,22]. W translokacji partnerem genu MLL mogą być acetylotransferazy histonów p300/CBP, których geny zlokalizowane są odpowiednio na
chromosomie 22 (22q13) oraz chromosomie 16 (16p13). Do powstałych białek fuzyjnych zalicza się: MLL/p300 t(11,12) (q23, q13) i MLL/CBP t(11,16) (q23, p13).
Fragment N-końcowy białka MLL kieruje białko fuzyjne do promotorów genów HOX,
natomiast domena HAT białka CBP lub p300 powoduje ciągłą aktywację tych genów
w wyniku acetylacji histonów. Onkoproteina MLL indukuje ciągły podział (samoodnawianie) mieloidalnych komórek progenitorowych, które nie mogą ulec końcowemu
róŜnicowaniu [23, 24]
Ryc. 1. Regulacja ekspresji genów HOX w komórce prawidłowej i nowotworowej
Innymi przykładami białek fuzyjnych, których aktywność powoduje niekontrolowaną acetylacje regionów promotora genów docelowych i tym samym transformację
białaczkową są MOZ/CBP, MOZ/p300 i MORF/CBP powstające w wyniku translokacji t(8,16) (p11.p13), t(8,22) (p11,q13) oraz t(10,16) (q22,p13). Cechą charakterystyczną białka MOZ/CBP jest posiadanie dwóch domen o aktywności HAT.
W komórkach prawidłowych MOZ pełni funkcję koaktywatora transkrypcji genów
zaleŜnych białka AML1 i stymuluje róŜnicowanie komórek mieloidalych do makrofa-
792 A. GRABARSKA i wsp.
gów. Translokacja t(8,16), charakterystyczna dla podtypu M4/M5 ostrej białaczki szpikowej, prowadzi do zablokowania róŜnicowania progenitorowych komórek mieloidalnych na etapie CFU-GM (colony-forming units granulocyte – macrophage). Podobny
mechanizm działania zaobserwowano dla białka fuzyjnego MOZ/TIF2, powstającego
w wyniku inwersji chromosomu 8 inv(8) (p11,q13). TIF2 (transcription intermediary
factor 2) jest koaktywatorem receptora dla hormonów sterydowych i dzięki obecności
domeny CID moŜe wiązać acetylotransferazę histonów CBP lub p300. W białku fuzyjnym MOZ/TIF2 domena ta pozostaje nienaruszona i razem z domeną białka MOZ o
aktywności HAT prowadzi do wzmoŜonej acetylacji histonów [11].
HDACs w patogenezie hematologicznych chorób nowotworowych
Udział deacetylaz histonów w patogenezie nowotworowych chorób hematologicznych potwierdzono w przypadku ostrej białaczki promielocytowej APL (acute promyelocytic leukemia). Choroba ta charakteryzuje się klonalną ekspansją promielocytów
niepodlegających dalszemu róŜnicowaniu. W zaleŜności od rodzaju genów, ulegających
translokacji, wyróŜnia się dwa typy ostrej białaczki promielocytowej: typ wraŜliwy
(PML- RARα) t(15,17) (q22,q21) oraz typ oporny (PLZF- RARα) t(11,17) (q23,q21) na
leczenie kwasem retinolowym. W obu typach białaczki genem podlegającym translokacji jest gen RARα kodujący receptor α dla kwasu retinolowego (RARα) [25].
W prawidłowej hematopoezie receptor RARα jest czynnikiem transkrypcyjnym zaleŜnym od liganda – kwasu retinolowego (RA). Receptor RARα jest aktywowany
przez wszystkie formy trans- oraz formę 9-cis-kwasu retinolowego, podczas gdy receptor RXR jest aktywowany jedynie przez 9-cis-RA. RARα z receptorem RXR tworzy
heterodimer RARα/RXR. Ten ostatni, wiąŜe się do specyficznych sekwencji DNA w
obrębie promotora genów docelowych (tzw. elementów odpowiedzi na kwas retinolowy RARE). Pod nieobecność liganda, heterodimer RARα/RXR hamuje transkrypcje
genów poprzez interakcje z kompleksem korepresora N-CoR/SMRT/HDAC. W konsekwencji dochodzi do hamowania róŜnicowania granulocytów. Obecność liganda
indukuje zmianę konformacyjną w receptorze RARα. Zmieniony receptor traci zdolność oddziaływania z kompleksem korepresora, a w zamian przyłącza kompleks aktywatora – acetylazy histonów p300/CBP. Dochodzi do „otwarcia” struktury chromatyny
i transkrypcji genów docelowych [25].
Na podstawie badań molekularnych udało się ustalić, iŜ w ostrej białaczce promielocytowej receptor kwasu retinolowego traci zdolność reakcji na fizjologiczne stęŜenia
liganda. Konsekwencją tego jest ciągle oddziaływanie receptora z korepresorem NCoR/SMRT/HDAC i tym samym hamowanie ekspresji odpowiednich genów.
Oporność białaczki typu PLZF- RARα na kwas retinolowy wynika z występowania
dwóch odrębnych miejsc wiązania korepresora w obrębie białka fuzyjnego. Zastosowanie samego kwasu retinolowego prowadzi do oddysocjowania kompleksu represora
jedynie od RARα. Dopiero uŜycie inhibitora deacetylaz histonów prowadzi do aktywacji transkrypcji, prawidłowego róŜnicowania komórek mieloidalych i remisję choroby
[25, 26].
Acetylazy i deacetylazy histonów
Ryc. 2a. Regulacja róŜnicowania granulocytów z udziałem receptora RAR i kompleksu acetylazy/deacetylazy histonów
Ryc. 2b. Hamowanie róŜnicowania granulocytów w APL
793
794 A. GRABARSKA i wsp.
Kolejnym białkiem istotnym w kontroli procesu hematopoezy jest białko AML1,
zwane takŜe jako RUNX1. Białko AML1 naleŜy do czynników transkrypcyjnych z
rodziny CBFs (core binding factors). Cechą charakterystyczną czynników CBFs jest
obecność trzech podjednostek α oraz jednej podjednostki β (CBFβ). Bialko AML1 jest
jedną z podjednostek α. W prawidłowych komórkach AML1 tworzy heterodimer z
podjednostką β. Podjednostka CBFβ ułatwia białku AML1 wiązanie się ze specyficzną
sekwencją DNA (TGT/GGT). Heterodimer AML1/CBFβ jest waŜnym regulatorem
licznych genów docelowych procesu hematopoezy. Pełni zarówno funkcję aktywatora
jak i represora transkrypcji genów kodujących m.in.: CSF1 – receptor dla czynnika
pobudzającego kolonie makrofagów, GM-CSF - czynnik stymulujący tworzenie kolonii granulocytów i makrofagów, IL-3 – interleukinę 3, T-komórkowy receptor α oraz
mieloperoksydazę. Ta bifunkcjonalność AML1/CBFβ uwarunkowana jest zdolnością
fragmentu C-koncowego białka AML1 do wiązania kompleksu acetylazy histonów
(p300/CBP) i korepresora transkrypcji z rodziny TLE (Groucho/transducin-like enhancer) [27].
Zakłócenie prawidłowej funkcji białka AML1 zaobserwowano w ostrej białaczce
szpikowej w podtypie M2 (AML-M2). W tym przypadku zaburzenie rozwoju komórek
mieloidalnych wynika z powstania białka fuzyjnego AML1/ETO w wyniku translokacji t(8,21) (q22,q22).
Cechą charakterystyczną białka fuzyjnego jest zdolność łączenia się z sekwencją
TGT/GGT, podjednostką CBFβ i hamowanie transkrypcji genów docelowych zaleŜnych od AML1. Represję transkrypcji dyktuje białka ETO (eight-21), fosfoproteina,
która oddziałuje z kompleksem korepresora N-CoR/mSin3/HDAC1-3 [17,21,24,28].
Białko fuzyjne AML1/ETO hamuje ekspresje genu supresora nowotworowego
p14ARF, który wydłuŜa czas przeŜycia mieloidalnych komórek progenitorowych
oraz genu c-fms kodującego receptor CSF1. Wykazano, ze komórki z translokacją
t(8,21) (q22,q22) wykazują obniŜony poziom acetylacji Lys9 i Lys14 histonu H3 w
regionie regulatorowym genu c-fms. Jest to związane z przyłączeniem do tego regionu HDAC1 i tym samym zahamowaniem ekspresji czynnika róŜnicowania makrofagów [29].
WyróŜniono wiele innych translokacji prowadzących do rozwoju nowotworowych
chorób hematologicznych. Analizując je zaobserwowano, Ŝe podobnie jak w przypadku AML-M2, powstałe białka fuzyjne pełnią funkcje represorów transkrypcji, które
wiąŜąc odpowiedni korepresor (N-CoR/Sin3/HDAC), hamują transkrypcje genów zaleŜnych od AML1, niezbędnych do prawidłowej hematopoezy. Przykładem jest translokacja t(16,21) (q24,q22) i translokacja t(3,21) (q26,q22), w których gen AML1 ulega
fuzji odpowiednio z genem MTG16 (myeloid tumor gene on chromosome 16) oraz z
genem kodującym represor transkrypcji EVI1. Translokacja t(3,21) ma miejsce zwykle
w kryzie blastycznej przewlekłej białaczki szpikowej a takŜe w ostrej białaczce szpikowej i zespole mielodysplastycznym. Innymi często spotykanymi abberacjami chromosomowymi są inwersja chromosomu 16 [inv(16)] w ostrej białaczce szpikowej o
podtypie M4 (wariant z atypowymi eozynofilami w szpiku), gdzie gen CBFβ ulega
fuzji z genem MYH11 (smooth muscle myosin heavy chain gene) oraz translokacja
Acetylazy i deacetylazy histonów
795
t(12,21) (p12,q22) prowadząca do powstania białka fuzyjnego TEL/AML1 charakterystycznego dla ostrej białaczki limfoblastycznej pochodzenia B-komórkowego (B-ALL)
[28].
W procesie hemetopoezy waŜną rolę odgrywa gen bcl6. Gen ten lokalizowany jest
na chromosomie 3q27 i jest ściśle regulowany podczas róŜnicowania komórek B. Gen
bcl6 ulega ekspresji w dojrzałych limfocytach B znajdujących się w ośrodku rozmnaŜania grudki chłonnej kodując fosfoproteinę jądrową. Białko BCL6, oddziałując z
kompleksem korepresora SMRT/Sin3/HDAC2, hamuje transkrypcje genów biorących
udział w aktywacji limfocytów B (geny CD44, CD69, EBI2, MIP-1α) i ich końcowym
róŜnicowaniu (gen PRDM-1 kodujący białko Blimb-1). Zablokowanie genu PRDM-1
powoduje, Ŝe komórki B zostają zatrzymane w ośrodku i podlegają hipermutacji somatycznej. Zjawisko to dotyczy genów regionu zmiennego dla immunoglobulin (IgV).
Jego zadaniem jest stworzenie róŜnorodnych przeciwciał oraz selekcja limfocytów B
produkujących przeciwciała o najwyŜszym powinowactwie do antygenu [31].
Proces aktywacji limfocytów B i ich róŜnicowania do plazmocytów i komórek pamięci wymaga zahamowania działania BCL6 jako represora. Represja ta moŜe odbywać się na poziomie białka w dwojaki sposób. Pierwszy mechanizm wykorzystuje
szlak ubikwityna-proteasom. Receptory komórek B - BCR (B-cell receptors) pobudzone antygenem aktywują kinazy MAP. Kinazy te fosforylują białko BCL6, które z kolei
przy udziale ubikwityny ulega proteolizie wewnątrzkomórkowej. W drugim mechanizmie białko BCL6 jest acetylowane poprzez HAT - p300. W wyniku tej acetylacji
BCL6 traci zdolność oddziaływania z kompleksem korepresora SMRT/Sin3/HDAC2
[30].
Translokacja chromosomowa genu bcl6 jest głównym mechanizmem zakłócającym jego funkcję. Obserwowana jest ona przede wszystkim w chłoniaku rozlanym z
duŜych limfocytów B (diffuse large B-cell lymphoma DLBCL), a takŜe w przypadkach chłoniaka grudkowego (follicular lymphoma FL) i chłoniaka B-komórkowego.
Podobnie jak w większości chłoniaków nieziarniczych, translokacja nie wpływa na
strukturę białka BCL6. Pęknięcie genu bcl6 zachodzi w ten sposób, ze region kodujący białko BCL6 pozostaje nienaruszony. W wyniku translokacji sekwencja kodująca genu bcl6 zostaje umieszczona obok sekwencji promotora oraz sekwencji wzmacniających transkrypcje innych genów, na przykład Ig. Taka translokacja powoduje
ciągłą ekspresję genu bcl6. Etap aktywacji i róŜnicowania limfocytów B zostaje zablokowany. Efektem zaburzonej ekspresji genu bcl6 jest charakterystyczny dla chłoniaków nieziarniczych klonalny rozrost niezróŜnicowanych w pełni komórek limfoidalnych [30, 31].
Kolejnym przykładem onkogenu podlegającym nieprawidłowej aktywacji w wyniku translokacji chromosomowej jest gen c-myc. Ulega on ekspresji we wszystkich
dzielących się komórkach, natomiast jego represja jest istotna w komórkach podlegających końcowemu róŜnicowaniu. Nieprawidłowa nadekspresja c-myc przyczynia się do
powstania większości typów nowotworów, w tym takŜe hematologicznych, czego
przykładem jest chłoniak Burkitta. W translokacji chromosomalnej cała sekwencja
kodująca c-myc zostaje umieszczona obok sekwencji wzmacniającej transkrypcje jed-
796 A. GRABARSKA i wsp.
nego z trzech genów immunoglobulin [32]. Białko kodowane przez gen c-myc (białko
Myc) jest czynnikiem transkrypcyjnym, które do prawidłowego funkcjonowania wymaga obecności białka Max tworząc z nim heterodimer. Powstały kompleks Myc/Max
rozpoznaje specyficzną sekwencję DNA (CACGTG) zwaną E-box i po przyłączeniu
HAT aktywuje transkrypcje genów docelowych [33]. W chłoniaku Burkitta nieprawidłowo aktywny kompleks białko Myc-Max-HAT uniemoŜliwia końcowe róŜnicowanie
komórek B, co prowadzi do ich ciągłej proliferacji i rozwoju nowotworu.
Inhibitory deacetylaz histonów (HDACi) jako nowe narzędzie w leczeniu chorób
nowotworowych
Inhibitory HDACs stanowią nową grupę potencjalnych cytostatyków. Ich działanie
polega na blokowaniu aktywności deacetylaz histonów, a w konsekwencji zwiększaniu
poziomu acetylacji histonów. W wyniku zastosowania inhibitorów HDACs obserwuje
się blokowanie cyklu komórkowego, róŜnicowanie i apoptozę komórek nowotworowych. W odróŜnieniu od wielu innych cytostatyków stosowanych w leczeniu chorób
nowotworowych, inhibitory HDACs charakteryzują się niską toksycznością względem
komórek prawidłowych organizmu. Inhibitory HDACs są związkami zarówno pochodzenia naturalnego jak i syntetycznego. Na podstawie budowy strukturalnej dzielone są
na cztery klasy: kwasy hydroksyaminowe (m.in.: trichostatyna A, SAHA), cykliczne
peptydy (depsipeptyd), kwasy alifatyczne (m.in.: kwas fenylomasłowy, kwas walproinowy), benzamidy [34] Wiele z tych inhibitorów znajduje się w I lub II fazie badań
klinicznych. Potencjalne zastosowanie tych substancji w leczeniu nowotworowych
chorób hematologicznych będzie przedmiotem odrębnego opracowania.
PIŚMIENNICTWO
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Wolfe A.P. and Guschin D. Chromatin structural features and targets that regulate transcription. J.
Struct. Biol. 2000; 129: 102-122.
Horn P.J. and Peterson C.L. Molecular biology chromatin higher order folding – wrapping up transcription. Science 2002; 13: 1824-1827.
Kouzarides T. Chromatin modifications and their function. Cell 2007; 128: 693-705.
Li B., Carey M. and Workman J.L. The role of chromatin during transcription. Cell 2007; 128: 707719.
Shilatifard A. Chromatin modifications by methylation and ubiquitination: implications in the regulation of gene expression. Annu. Rev. Biochem. 2006; 75: 243-269.
Allfrey V.G, Faulkner R. and Mirsky A.E. Acetylation and methylation of histones and their possible
role in the regulation of RNA synthesis. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1964; 51: 786-794.
Shahbazian M.D. and Grunstein M. Functions of site-spesific histone acetylation and deacetylation.
Annu. Rev. Biochem. 2007; 76: 75-100.
Carrozza M.J, Utley R.T, Workman J.L. et al The diverse functions of histone acetyltransferase complexes. Trends Genet. 2003; 19: 321-329.
Lee K.K. and Workman J.L. Histone acetyltransferase complexes: one size doesn’t fit all. Nat. Rev.
Mol. Cell. Biol. 2007; 8: 284-295.
Acetylazy i deacetylazy histonów
797
10. Yang X.J. and Seto E. HATs and HDACs: from structure, function and regulation to novel strategies
for therapy and prevention. Oncogene 2007; 26: 5310-5318.
11. Yang X.J. and Ullah M. MOZ and MORF, two large MYSTic HATs in normal and cancer stem cells.
Oncogene 2007; 26: 5408-5419.
12. Avvakumov A. and Cote J. The MYST family of histone acetyltransferases and their intimate links to
cancer. Oncogene 2007; 26: 5395-5407.
13. Borrow J, Stanton Jr. V.P, Andresen J.M, Becher R, Behm F.G, Chaganti R.S. et al The translocation
t(8;16)(p11;p13) of acute myeloid leukaemia fuses a putative acetyltransferase to the CREB-binding
protein. Nat. Genet. 1996; 14: 33-41.
14. Champagne N., Bertos N.R., Pelletier N., Wang A.H., Vezmar M., Yang Y et al Identification of a
human histone acetyltransferase related to monocytic leukemia zinc finger protein. J. Biol. Chem.
1999; 274: 28528-28536.
15. Collins H.M, Kindle K.B, Matsuda S, Ryan C, Troke P.J, Kalkhoven E, Heery D.M. MOZ-TIF2
alters cofactor recruitment and histone modification at the RARbeta2 promoter: differential effects of
MOZ fusion proteins on CBP- and MOZ-dependent activators. J Biol Chem 2006; 281: 17124-17133.
16. Cress W.D. and Seto Histone deacetylases, transcriptional control and cancer. J. Cell Physiol. 2000;
184: 1-16.
17. Lafon-Hughes L, Di Tomaso MV, Mendez-Acuna L. et al Chromatin –remodeling mechanisms in
cancer. Mutation Research 2008; 658: 191-214.
18. Huo X. and Zhang J. Important roles of reversible acetylation in the function of hematopoietic transcription factors. J. Cell. Mol. Med. 2005; 9: 103-112.
19. Rice K.L., Hormaeche I and Licht J.D. Epigenetic regulation of normal and malignant hematopoiesis.
Oncogene 2007; 26: 6697-6714.
20. Santos-Rosa H. and Caldas C. Chromatin modifier enzymes, the histone code and cancer. Eur J Cancer 2005; 41: 2381-2402.
21. Gibbons R.J. Histone modifying and chromatin remodelling enzymes in cancer and dysplastic syndromes. Hum. Mol. Genet. 2005; 14: R85-R92.
22. Daser A and Rabbitts T.H. The versatile mixed lineage leukaemia gene MLL and its many associations in leukaemogenesis. Semin. Cancer Biol. 2005; 15: 175-188.
23. Yang X.J. The diverse superfamily of lysine acetyltransferases and their roles in leukemia and other
diseases. Nucleic Acids Res. 2004; 32: 959-976.
24. Hake S.B, Xiao A and Allis C.D. Linking the epigenetic language of covalent histone modifications
to cancer. Br. J. Cancer 2004; 90: 761-769.
25. Ricote M., Snyder C.S., Leung H.Y., Chen J., Chein K.R. and Glass Ch.K. Normal hematopoiesis
after conditional targeting of RXRα in murine murine hematopoietic stem progenitor cells. J. Leukoc.
Biol. (2006) 80: 850-861
26. Verdone L., Agricola E., Caserta M et al. Histone acetylation in gene regulation. Brief. Funct. Genomic Proteomic (2006) 5: 209-221.
27. Bernardin-Fried F, Kummalue T, Leijen S, Collector M.J, Ravid K, Friedman A.D. AML1/RUNX1
increases during G1 to S cell cycle progerssion independent of cytokine-dependent phosphorylation
and induces cyclin D3 gene expression. J. Biol. Chem. 2004; 279: 15678-15687.
28. Jones and Saha Chromatin modification, leukaemia and implications for therapy. Br. J. Haematol.
2002; 118: 714-727.
29. Glozak M.A. and Seto E. Histone deacetylases and cancer. Oncogene 2007; 26: 5420-5432.
30. Pasqualucci L, Bereschenko O, Niu H, Klein V, Basso K, Guglielmino R, Cattoretti G, Dalla-Favera
R.: Molecular pathogenesis of non-Hodgkin’s lymphoma: the role of Bcl6. Leuk. Lymphoma 2003;
44 Suppl 3: S5-12.
31. Jardin F., Ruminy P., Bastard C. et al The BCL6 proto-oncogene: a leading role during germinal
center development and lymphomagenesis. Pathol. Biol. 2007; 55: 73-83.
32. Campanero M.R. Mechanisms involved in Burkitt’s lymphoma tumor formation. Clin. Transl. Oncol.
2008; 10: 250-255.
798 A. GRABARSKA i wsp.
33. Adhikary S and Eilers M. Transcriptional regulation and transformation by Myc proteins. Nat. Rev.
Mol. Cell. Biol. 2005; 6: 635-645.
34. Pan L., Lu J. and Huang B. HDAC Inhibitors. A Potential New Category of Anti-Tumor Agents. Cell.
Mol. Immunol. 2007; 4: 337-343.
Praca wpłynęła do Redakcji 29.12.2008 r. i została zakwalifikowana do druku 3.08.2009 r.
Adres Autora:
Aneta Grabarska
Katedra i Zakład Biochemii i Biologii Molekularnej Uniwersytetu Medycznego w Lublinie
Ul. Chodźki 1
20-093 Lublin
Tel./fax 0817423793