Ацетилирование

редактировать
Реакция, при которой в химическое соединение вводится ацетильная функциональная группа. Салициловая кислота ацетилируется с образованием аспирина

Ацетилирование(или в номенклатуре ИЮПАК этаноилирование) описывает реакцию, которая вводит ацетил функциональную группу в химическое соединение. Деацетилирование- это удаление ацетильной группы.

Ацетилирование относится к процессу введения ацетильной группы (приводящего к ацетоксигруппе ) в соединение, а именно замещению ацетильной группы на активный водород атом. Реакция, включающая замену атома водорода гидроксильной группы на ацетильную группу (CH 3 CO), дает специфический сложный эфир, ацетат. Уксусный ангидрид обычно используется в качестве ацетилирующего агента, реагирующего со свободными гидроксильными группами. Например, он используется в синтезе аспирина, героина и THC-O-ацетата.

Содержание

  • 1 Ацетилирование белка
    • 1,1 N -концевое ацетилирование
      • 1.1.1 N-концевые ацетилтрансферазы
        • 1.1.1.1 NatA
        • 1.1.1.2 NatB
        • 1.1.1.3 NatC
        • 1.1.1.4 NatD
        • 1.1.1.5 NatE
        • 1.1.1.6 NatF
        • 1.1.1.7 NAA80 / NatH
      • 1.1.2 Функция N-концевого ацетилирования
        • 1.1.2.1 Стабильность белка
        • 1.1.2.2 Локализация белка
        • 1.1.2.3 Метаболизм и апоптоз
        • 1.1.2.4 Синтез белка
      • 1.1.3 Рак
    • 1.2 Ацетилирование и деацетилирование лизина
      • 1.2.1 p53
        • 1.2.1.1 Ацетилирование p53
        • 1.2.1.2 Значение для лечения рака
      • 1.2.2 Микротрубочка
        • 1.2.2.1 Ацетилирование тубулина
        • 1.2.2.2 Значение для лечения рака
      • 1.2.3 STAT3
        • 1.2.3.1 Ацетилирование STAT3
        • 1.2.3.2 Терапевтическое значение для противораковая терапия
  • 2 Ацетилирование древесины
  • 3 См. также
  • 4 Ссылки

Ацетилирование белка

Ацетилирование является важной модификацией f белки в клеточной биологии ; и протеомные исследования идентифицировали тысячи ацетилированных белков млекопитающих. Ацетилирование происходит как ко-трансляционная и посттрансляционная модификация белков, например, гистонов, p53 и тубулины. Среди этих белков широко представлены белки хроматина и метаболические ферменты, что указывает на то, что ацетилирование оказывает значительное влияние на экспрессию гена и метаболизм. У бактерий 90% белков, участвующих в центральном метаболизме Salmonella enterica, ацетилированы.

N-концевое ацетилирование

N-концевое ацетилирование с помощью N-концевые ацетилтрансферазы (NAT).

N-концевое ацетилирование является одной из наиболее распространенных ко-трансляционных ковалентных модификаций белков у эукариот, и оно имеет решающее значение для регуляции и функции разных белков. N-концевое ацетилирование играет важную роль в синтезе, стабильности и локализации белков. Около 85% всех белков человека и 68% в дрожжах ацетилированы на своем Nα-конце. Некоторые белки из прокариот и архей также модифицированы N-концевым ацетилированием.

N-концевое ацетилирование катализируется набором ферментных комплексов, N-концевыми ацетилтрансферазами (NAT). NAT переносят ацетильную группу от ацетил-кофермента A (Ac-CoA) к α-аминогруппе первого аминокислотного остатка белка. Различные NAT ответственны за ацетилирование N-конца растущего белка, и до сих пор было обнаружено, что ацетилирование необратимо.

N-концевые ацетилтрансферазы

На сегодняшний день обнаружено семь различных NAT у человека - NatA, NatB, NatC, NatD, NatE, NatF и NatH. Каждый из этих различных ферментных комплексов специфичен для разных аминокислот или аминокислотных последовательностей, которые показаны в следующей таблице.

Таблица 1. Состав и специфичность к субстрату NAT.

NATСубъединицы (каталитические субъединицы выделены жирным шрифтом.)Субстраты
NatANaa10 (Ard1) Naa15 (Nat1)Ser -, Ala -, Gly -, Thr-, Val -, Cys - N-концы
NatBNaa20 (Nat3) Naa25 (Mdm20)Met - Glu -, Met - Asp -, Met - Asn -, Met - Gln - N-конец
NatCNaa30(Mak3) Naa35 (Mak10) Naa38 (Mak31)Met - Leu -, Met -Ile-, Met -Trp-, Met - Phe - N-конец
NatDNaa40(Nat4)Ser - Gly - Gly -, Ser - Gly - Arg - N-конец
NatENaa50(Nat5) Naa10 (Ard1) Naa15 (Nat1)Met -Leu-, Met - Ala -, Met - Lys -, Met - Met - N-конец
NatFNaa60Met - Lys -, Met - Leu -, Met -Ile-, Met -Trp-, Met - Phe - N -концы
NatHNaa80Актин - N-конец
NatA
Кристаллическая структура комплекса NatA (Naa10 и Naa15) из Schizosaccharomyces pombe. Зеленые цепи представляют собой вспомогательную субъединицу Naa15, а голубые цепи - каталитическую субъединицу Naa10. (Идентификатор PDB: 4KVM )

NatA состоит из двух субъединиц: каталитической субъединицы Naa10 и вспомогательной субъединицы Naa15. Субъединицы NatA более сложны у высших эукариот, чем у низшие эукариоты. В дополнение к генам NAA10 и NAA15, специфичные для млекопитающих гены NAA11 и NAA16 образуют функциональные генные продукты, которые образуют различные активные комплексы NatA. Четыре возможных каталитически-вспомогательных димера hNatA образуются этими четырьмя белками. Однако Naa10 / Naa15 является наиболее распространенным NatA.

ацетилаты NatA Ser, Ala -, Gly -, Thr-, Val - и Cys N-конец после того, как инициатор метионин удаляется метионинамино-пептидазами. Эти аминокислоты чаще экспрессируются на N-конце белков у эукариот, поэтому NatA является основным NAT, соответствующим всему количеству его потенциальных субстратов.

Несколько различных партнеров взаимодействия участвуют в N-концевом ацетилировании с помощью NatA. Huntingti n-взаимодействующий белок K (HYPK) взаимодействует с hNatA на рибосоме, чтобы влиять на N-концевое ацетилирование подмножества субстратов NatA. Субъединицы hNaa10 и hNaa15 будут увеличивать тенденцию к агрегации Хантингтина, если HYPK истощен. Также было обнаружено, что индуцируемый гипоксией фактор (HIF) -1α взаимодействует с hNaa10, подавляя опосредованную hNaa10 активацию транскрипционной активности β-катенина.

NatB

NatB Комплексы состоят из каталитической субъединицы Naa20p и вспомогательной субъединицы Naa25p, которые присутствуют как у дрожжей, так и у человека. В дрожжах все субъединицы NatB связаны с рибосомами; но у людей обнаружено, что субъединицы NatB являются ассоциированными с рибосомами и не рибосомными формами. NatB ацетилирует N-концевой метионин субстратов, начиная с Met - Glu -, Met - Asp -, Met - Asn - или Met - Gln - N-конец.

NatC

Комплекс NatC состоит из одной каталитической субъединицы Naa30p и двух вспомогательных субъединиц Naa35p и Naa38p. Все три субъединицы обнаружены на рибосоме дрожжей, но они также обнаруживаются в нерибосомных формах NAT, таких как Nat2. Комплекс NatC ацетилирует N-концевой метионин субстратов Met - Leu -, Met -Ile-, Met -Trp- или Met - Phe N-конец.

NatD

NatD состоит только из каталитических единиц Naa40p и Naa40p и концептуально отличается от других NAT. Сначала у дрожжей и человека были идентифицированы только два субстрата, H2A и H4. Во-вторых, субстратная специфичность Naa40p находится в пределах первых 30-50 остатков, что значительно превышает субстратную специфичность других NAT. Ацетилирование гистонов с помощью NatD частично связано с рибосомами, а аминокислотные субстраты представляют собой очень N-концевые остатки, что отличает его от лизин-N-ацетилтрансфераз (KATs).

NatE

Комплекс NatE состоит из субъединицы Naa50p и двух субъединиц NatA, Naa10p и Naa15p. N-конец субстратов Naa50p отличается от тех, которые ацетилированы NatA-активностью Naa10p. NAA50 в растениях имеет важное значение для контроля роста, развития и реакции на стресс, а функция NAA50 в высокой степени сохраняется у людей и растений.

NatF
Димер NatF, человеческий

NatF представляет собой NAT, который состоит из фермента Naa60. Первоначально считалось, что NatF был обнаружен только у высших эукариот, так как он отсутствовал в дрожжах. Однако позже было обнаружено, что Naa60 обнаруживается во всем эукариотическом домене, но вторично утрачивается в линии грибов. По сравнению с дрожжами, NatF способствует более высокому уровню N-концевого ацетилирования у людей. Комплекс NatF ацетилирует N-концевой метионин субстратов Met - Lys -, Met - Leu -, Met -Ile-, Met -Trp- и Met - Phe N-концы, которые частично перекрываются с NatC и NatE. Было показано, что NatF имеет органеллярную локализацию и ацетилирует цитозольные N-концы трансмембранных белков. Органелларная локализация Naa60 опосредована его уникальным С-концом, который состоит из двух альфа-спиралей, которые периферически связаны с мембраной и опосредуют взаимодействия с PI (4) P.

NAA80 / NatH

NAA80 / NatH представляет собой N-концевую ацетилтрансферазу, которая специфически ацетилирует N-конец актина.

N-концевую функцию ацетилирования

Стабильность белка

N-концевое ацетилирование белков может влияют на стабильность белка, но результаты и механизм до сих пор были не очень ясны. Считалось, что N-концевое ацетилирование защищает белки от разложения, поскольку N-концы Nα-ацетилирования должны были блокировать N-концевое убиквитинирование и последующую деградацию белка. Однако несколько исследований показали, что ацетилированный на N-конце белок имеет такую ​​же скорость разложения, как и белки с неблокированным N-концом.

Локализация белка

Было показано N-концевое ацетилирование что он может управлять локализацией белков. Arl3p является одной из «Arf-подобных» (Arl) GTPases, которая имеет решающее значение для организации мембранного трафика. Ему нужна его Nα-ацетильная группа для его нацеливания на мембрану Гольджи за счет взаимодействия с проживающим в мембране белком Sys1p. Если Phe или Tyr заменяется на Ala на N-конце Arl3p, он больше не может локализоваться на мембране Гольджи, что указывает на то, что Arl3p нуждается в его естественных N-концевых остатках. которые могут быть ацетилированы для правильной локализации.

Метаболизм и апоптоз

Было также доказано, что ацетилирование N-конца белка связано с регуляцией клеточного цикла и апоптозом с экспериментами по нокдауну белка. Нокдаун NatA или комплекса NatC приводит к индукции p53 -зависимого апоптоза, что может указывать на то, что антиапоптотические белки были меньше или больше не функционировали из-за снижения количества белка N -концевое ацетилирование. Но, напротив, каспаза-2, которая ацетилируется NatA, может взаимодействовать с адаптерным белком RIP, связанным с гомологичным белком Ich-1 / Ced-3 с доменом смерти (RAIDD). Это может активировать каспазу-2 и индуцировать апоптоз клеток.

Синтез белка

Рибосомы белки играют важную роль в синтезе белков, которые также могут быть ацетилированы на N-конце. N-концевое ацетилирование рибосомных белков может влиять на синтез белка. Снижение скорости синтеза белка на 27% и 23% наблюдалось для штаммов с делецией NatA и NatB. Снижение точности трансляции наблюдалось в штамме с делецией NatA, а в штамме с делецией NatB был замечен дефект рибосомы.

Рак

NAT, как предполагалось, действуют как онко-белки и опухолевые супрессоры при раке человека, и экспрессия NAT может увеличиваться или уменьшаться в раковых клетках. Эктопическая экспрессия hNaa10p увеличивала пролиферацию клеток и усиливала регуляцию гена, участвующего в пролиферации выживания клеток и метаболизма. Избыточная экспрессия hNaa10p наблюдалась при раке мочевого пузыря, раке груди и карциноме шейки матки. Но высокий уровень экспрессии hNaa10p также может подавлять рост опухоли, а снижение уровня экспрессии hNaa10p связано с плохим прогнозом, большими опухолями и большим количеством метастазов в лимфатические узлы.

Таблица 2. Обзор экспрессии субъединиц NatA в различных раковых тканях

Субъединицы NatРаковая тканьХарактер экспрессии
hNaa10рак легкого, рак груди, колоректальный рак, гепатоцеллюлярная карцинома с высоким уровнем опухолей
hNaa10рак легких, рак груди, рак поджелудочной железы, рак яичников потеря гетерозиготности опухолей
hNaa10рак груди, рак желудка, легкого рак высокий уровень первичных опухолей, но низкий уровень метастазов в лимфатические узлы
hNaa10немелкоклеточный рак легкого низкий уровень опухолей
hNaa15папиллярная карцинома щитовидной железы, рак желудка высокий уровень опухолей
hNaa15нейробластома высокий уровень опухолей продвинутой стадии
hNaa11гепатоцеллюлярная карцинома потеря гетерозиготности в опухолях

ацетилирование и деацетилирование лизина

Ацетилирование лизина

Белки обычно ацетилируются по остаткам лизина и t в его реакции используется ацетил-кофермент A в качестве донора ацетильной группы. В ацетилировании и деацетилировании гистонов гистоновые белки ацетилируются и деацетилируются по остаткам лизина в N-концевом хвосте как часть регуляции гена. Обычно эти реакции катализируются ферментами с активностью гистонацетилтрансферазы (HAT) или гистондеацетилазы (HDAC), хотя HAT и HDAC могут изменять статус ацетилирования также негистоновые белки.

Регулирование факторов транскрипции, эффекторных белков, молекулярных шаперонов и белков цитоскелета путем ацетилирования и деацетилирования является важным посттрансляционным регуляторным механизмом. аналогично фосфорилированию и дефосфорилированию под действием киназ и фосфатаз. Не только состояние ацетилирования белка может изменять его активность, но и недавно было высказано предположение, что эта посттрансляционная модификация может также пересекаться с фосфорилированием, метилированием, убиквитинированием <215.>, сумоилирование и другие для динамического контроля клеточной сигнализации. Регулирование белка тубулина является примером этого в нейронах мыши и астроглии. Ацетилтрансфераза тубулина находится в аксонеме и ацетилирует субъединицу α-тубулина в собранной микротрубочке. После разборки это ацетилирование удаляется другой специфической деацетилазой в цитозоле клетки. Таким образом, аксонемные микротрубочки, которые имеют длительный период полужизни, несут «характерное ацетилирование», которое отсутствует в цитозольных микротрубочках, которые имеют более короткий период полужизни.

Было показано, что в области эпигенетики, ацетилирование гистоновдеацетилирование ) являются важными механизмами в регуляции транскрипции генов. Однако гистоны - не единственные белки, регулируемые посттрансляционным ацетилированием. Ниже приведены примеры различных других белков, играющих роль в регуляции передачи сигналов, на активность которых также влияет ацетилирование и деацетилирование.

p53

Белок p53 является супрессором опухоли, который играет важную роль в передаче сигналов в клетках, особенно в поддержании стабильности геном за счет предотвращения мутации. Поэтому он также известен как «хранитель генома». Он также регулирует клеточный цикл и останавливает рост клеток, активируя регулятор клеточного цикла p21. Повреждение ДНК, оно также инициирует запрограммированную гибель клеток. Функция p53 негативно регулируется онкобелком Mdm2 Исследования показали, что Mdm2 образует комплекс с p53 и препятствует его связыванию со специфическими p53-чувствительными генами.

Ацетилирование p53
сайта ацетилирования p53

Ацетилирование р53 необходимо для его активации. Сообщалось, что уровень ацетилирования р53 будет значительно увеличиваться, когда клетка подвергается стрессу. Сайты ацетилирования наблюдались в ДНК-связывающем домене (K164 и K120) и в C Сайты ацетилирования демонстрируют значительную избыточность: если только один сайт ацетилирования инактивирован мутацией в аргинин, экспрессия p21 все еще остается наблюдаемой. эрвед. Однако, если несколько сайтов ацетилирования заблокированы, экспрессия p21 и подавление роста клеток, вызванное p53, полностью теряются. Кроме того, ацетилирование p53 предотвращает его связывание с репрессором Mdm2 на ДНК. Кроме того, предполагается, что ацетилирование p53 имеет решающее значение для его независимых от транскрипции проапоптотических функций.

Значение для лечения рака

Поскольку основная функция p53 представляет собой опухолевый супрессор, идея о том, что активация p53 является привлекательной стратегией для лечения рака. Нутлин-3 представляет собой небольшую молекулу, предназначенную для нацеливания на взаимодействие p53 и Mdm2, которое удерживает p53 от дезактивации. Отчеты также показали, что раковая клетка при обработке Нутилином-3a, ацетилирование lys 382 наблюдалось на c-конце p53.

Микротрубочка

Формирование микротрубочки

Структура микротрубочек представляет собой длинный полый цилиндр, динамически собранный из димеров α / β- тубулина. Они играют важную роль в поддержании структуры клетки, а также клеточных процессов, например, движения органелл. Кроме того, микротрубочка отвечает за формирование митотического веретена в эукариотических клетках для транспортировки хромосом при делении клеток.

Ацетилирование тубулина
Ацетилирование тубулина

Ацетилированный остаток α- тубулина представляет собой K40, который у человека катализируется α-тубулинацетилтрансферазой (α-ТАТ). Ацетилирование K40 на α-тубулине является признаком стабильных микротрубочек. Остатки активного центра D157 и C120 α-TAT1 ответственны за катализ из-за формы, комплементарной α-тубулину. Кроме того, для специфического молекулярного распознавания α-тубулина важны некоторые уникальные структурные особенности, такие как области β4-β5 шпильки, С-концевой петли и α1-α2 петли. Обратная реакция ацетилирования катализируется гистондеацетилазой 6.

Значение для лечения рака

Поскольку микротрубочки играют важную роль в делении клеток, особенно в фазе G2 / M клеточного цикла были предприняты попытки препятствовать функционированию микротрубочек с помощью низкомолекулярных ингибиторов, которые успешно применялись в клинике в качестве лечение рака. Например, алкалоиды барвинка и таксаны избирательно связываются и ингибируют микротрубочки, что приводит к остановке клеточного цикла. Идентификация кристаллической структуры ацетилирования α-тубулинацетилтрансферазы (α-ТАТ) также проливает свет на открытие небольшой молекулы, которая может модулировать стабильность или деполимеризацию тубулина. Другими словами, воздействуя на α-ТАТ, можно предотвратить ацетилирование тубулина и привести к дестабилизации тубулина, что является аналогичным механизмом для дестабилизирующих тубулин агентов.

STAT3

Преобразователь сигнала и активатор транскрипции 3 (STAT3 ) представляет собой фактор транскрипции, который фосфорилируется ассоциированными с рецептором киназами, например, тирозинкиназами семейства Януса, и переместиться в ядро ​​. STAT3 регулирует несколько генов в ответ на факторы роста и цитокины и играет важную роль в росте клеток. Следовательно, STAT3 способствует онкогенезу в различных путях, связанных с ростом клеток. С другой стороны, он также играет роль в опухолевом супрессоре.

Ацетилирование STAT3
Структура и остаток ацетилирования STAT3

Ацетилирование Lys685 из STAT3 важно для STAT3 гомодимеризация, которая важна для связывания ДНК и активации транскрипции онкогенов. Ацетилирование STAT3 катализируется гистонацетилтрансферазой p300 и отменяется гистондеацетилазой типа 1 . Ацетилирование лизина STAT3 также повышено в раковых клетках.

Терапевтическое значение для лечения рака

Поскольку ацетилирование STAT3 важно для его онкогенного активности и того факта, что уровень ацетилированного STAT3 высок в раковых клетках, подразумевается, что нацеливание на ацетилированный STAT3 для химиопрофилактики и химиотерапии является многообещающей стратегией. Эта стратегия поддерживается путем лечения ресвератролом, ингибитором ацетилирования STAT3, в линии раковых клеток, обращающим обратное аберрантное метилирование CpG-островков.

Ацетилирование древесины

С начала В 20 веке ацетилирование древесины было исследовано как метод повышения прочности древесины в плане устойчивости к процессам гниения и плесени. Вторичные преимущества включают улучшение размерной стабильности, улучшенную твердость поверхности и отсутствие ухудшения механических свойств из-за обработки.

Физические свойства любого материала определяются его химической структурой. Древесина содержит множество химических групп, называемых свободными гидроксилами. Свободные гидроксильные группы адсорбируют и выделяют воду в зависимости от климатических условий, которым подвергается древесина. Это объяснение того, почему древесина набухает и сжимается. Также считается, что переваривание древесины ферментами начинается на свободных гидроксильных участках, что является одной из основных причин, по которым древесина склонна к гниению.

Ацетилирование превращает свободные гидроксилы в древесине в ацетильные группы. Это достигается путем реакции древесины с уксусным ангидридом, который получают из уксусной кислоты (известной как уксус в ее разбавленной форме). Когда свободная гидроксильная группа превращается в ацетильную группу, способность древесины поглощать воду значительно снижается, делая древесину более стабильной по размерам и, поскольку она больше не усваивается, чрезвычайно прочной.

В 2007 году лондонская компания Titan Wood с производственными мощностями в Нидерландах добилась рентабельной коммерциализации и начала крупномасштабное производство ацетилированной древесины под торговой маркой «Accoya».

См. Также

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-08 21:10:09
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте