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.
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 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.
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.
NAT | Субъединицы (каталитические субъединицы выделены жирным шрифтом.) | Субстраты |
---|---|---|
NatA | Naa10 (Ard1) Naa15 (Nat1) | Ser -, Ala -, Gly -, Thr-, Val -, Cys - N-концы |
NatB | Naa20 (Nat3) Naa25 (Mdm20) | Met - Glu -, Met - Asp -, Met - Asn -, Met - Gln - N-конец |
NatC | Naa30(Mak3) Naa35 (Mak10) Naa38 (Mak31) | Met - Leu -, Met -Ile-, Met -Trp-, Met - Phe - N-конец |
NatD | Naa40(Nat4) | Ser - Gly - Gly -, Ser - Gly - Arg - N-конец |
NatE | Naa50(Nat5) Naa10 (Ard1) Naa15 (Nat1) | Met -Leu-, Met - Ala -, Met - Lys -, Met - Met - N-конец |
NatF | Naa60 | Met - Lys -, Met - Leu -, Met -Ile-, Met -Trp-, Met - Phe - N -концы |
NatH | Naa80 | Актин - N-конец |
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 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.
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 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).
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 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 представляет собой N-концевую ацетилтрансферазу, которая специфически ацетилирует N-конец актина.
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.
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.
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.
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.
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 Nat | Раковая ткань | Характер экспрессии |
---|---|---|
hNaa10 | рак легкого, рак груди, колоректальный рак, гепатоцеллюлярная карцинома | с высоким уровнем опухолей |
hNaa10 | рак легких, рак груди, рак поджелудочной железы, рак яичников | потеря гетерозиготности опухолей |
hNaa10 | рак груди, рак желудка, легкого рак | высокий уровень первичных опухолей, но низкий уровень метастазов в лимфатические узлы |
hNaa10 | немелкоклеточный рак легкого | низкий уровень опухолей |
hNaa15 | папиллярная карцинома щитовидной железы, рак желудка | высокий уровень опухолей |
hNaa15 | нейробластома | высокий уровень опухолей продвинутой стадии |
hNaa11 | гепатоцеллюлярная карцинома | потеря гетерозиготности в опухолях |
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 гистонов (и деацетилирование ) 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.
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 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.
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.
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.
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.
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.
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 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.
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.
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».