EZH2

Enhancer гомолога 2 (EZH2) цесте представляет собой гистон-лизин-N-метилтрансфераза фермент (EC 2.1.1.43 ), кодируемый геном EZH2 , который участвует в метилировании гистонов и, в конечном итоге, репрессии транскрипции. EZH2 катализирует добавление метильных групп к гистону H3 по лизину 27, используя кофактор S-аденозил-L -метионин. Активность метилирования EZH2 способствует образованию гетерохроматина, тем самым подавляя функцию гена. Ремоделирование хромосомного гетерохроматина с помощью EZH2 также необходимо во время митоза клетки.

EZH2 является функциональным ферментным компонентом Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2 ), который отвечает за здоровое эмбриональное развитие через эпигенетическое поддержание генов, ответственных за регуляцию развития и дифференцировку. EZH2 отвечает за активность метилирования PRC2, и комплекс также содержит белки, необходимые для оптимального функционирования (EED, SUZ12, JARID2, AEBP2, RbAp46 / 48 и PCL ).

Мутация или сверхэкспрессия EZH2 связана со многими формами рака. EZH2 ингибирует гены, ответственные за подавление развития опухоли и блокирование активности EZH2 может замедлить рост опухоли. EZH2 был нацелен на подавление, потому что он активируется при множественных раковых заболеваниях, включая, помимо прочего, рак груди, простаты, меланому и рак мочевого пузыря. Ген EZH2 также связан с синдромом Уивера, редким врожденным заболеванием, и EZH2 участвует в возникновении нейродегенеративных симптомов расстройства нервной системы, атаксии телеангиэктазия.

• 1 Функция
  • 1.1 Репрессия транскрипции
  • 1.2 Активация транскрипции
  • 1.3 Развитие и дифференцировка клеток
  • 1.4 Регулирование EZ Активность H2
• 2 Ферментативная активность
  • 2.1 Метилирование лизина
  • 2.2 Механизм катализа
• 3 Клиническая значимость
  • 3.1 Рак
  • 3.2 Ингибиторы
  • 3.3 Синдром Уивера
• 4 Таксономическое распределение
• 5 См. Также
• 6 Ссылки
• 7 Дополнительная литература

EZH2 - это каталитическая субъединица репрессивного комплекса Polycomb 2 (PRC2). Каталитическая активность EZH2 зависит от его образования комплекса, по крайней мере, с двумя другими компонентами PRC2, SUZ12 и EED... В качестве гистонметилтрансферазы (HMTase), основной функции EZH2. представляет собой метилировать Lys-27 на гистоне 3 (H3K27me) путем переноса метильной группы с кофактора S-аденозил-L-метионина (SAM). EZH2 способен к моно-, ди- и три- метилированию H3K27 и связан с множеством биологических функций, включая регуляцию транскрипции в гематопоэзе, развитии и дифференциация клеток.

Недавние исследования показали, что EZH2 также способен метилировать белки, не являющиеся гистонами.

Репрессия транскрипции

EZH2, как часть PRC2, катализирует триметилирование H3K27 (H3K27me3 ), который представляет собой модификацию гистона, охарактеризованную как часть гистонового кода. Гистоновый код - это теория о том, что химические модификации, такие как метилирование, ацетилирование и убиквитинирование гистоновых белков, играют особую роль в эпигенетических регуляция транскрипции гена . EZH2-опосредованный катализ H3K27me3 связан с долговременной репрессией транскрипции.

EZH2, как и другие белки группы Polycomb, участвуют в установлении и поддержании репрессии генов посредством деления клеток. Считается, что это репрессивное состояние транскрипции происходит из-за PRC2 / EZH2-EED-опосредованного метилирования H3K27 и последующего рекрутирования PRC1, что способствует конденсации хроматина и образованию гетерохроматина. Гетерохроматин представляет собой плотно упакованный хроматин, который ограничивает доступность транскрипционного аппарата для лежащей в основе ДНК, тем самым подавляя транскрипцию.

Во время деления клетки требуется образование гетерохроматина для правильной сегрегации хромосом. Комплекс PRC2 / EED-EZH2 также может участвовать в рекрутировании ДНК-метилтрансфераз (DNMT ), что приводит к усилению метилирования ДНК, еще одного эпигенетического слоя репрессии транскрипции. Конкретные гены, которые были идентифицированы как мишени для EZH2-опосредованной репрессии транскрипции, включают HOXA9, HOXC8, MYT1, CDKN2A и мишень ретиноевой кислоты. гены.

Активация транскрипции

При раке EZH2 может играть роль в активации транскрипции, независимо от PRC2. Было продемонстрировано, что в клетках рака молочной железы EZH2 активирует гены-мишени NF-κB, которые участвуют в ответах на стимулы. Функциональная роль этой активности и ее механизм до сих пор неизвестны.

Развитие и дифференцировка клеток

EZH2 играет важную роль в развитии. В частности, он помогает контролировать репрессию транскрипции генов, регулирующих дифференцировку клеток. В эмбриональных стволовых клетках EZH2-опосредованное триметилирование H3K27me3 в регионах, содержащих онтогенетические гены, по-видимому, важно для поддержания нормальной дифференцировки клеток. H3K27me3 также важен для управления X-инактивацией, подавлением одной X-хромосомы у женщин во время развития. Считается, что во время X-инактивации EZH2 участвует в инициации образования гетерохроматина путем триметилирования H3K27 и что другие гистоновые метилтрансферазы и гистоновые метки могут участвовать в поддержании состояния молчания.

Кроме того, EZH2 был идентифицирован как важный белок, участвующий в развитии и дифференцировке B-клеток и T-клеток. H3K27me3 участвует в подавлении генов, которые способствуют дифференцировке, таким образом поддерживая недифференцированное состояние B- и T-клеток и играя важную роль в регуляции гематопоэза.

Регуляция активности EZH2

Активность EZH2 регулируется посттрансляционным фосфорилированием остатков треонина и серина на EZH2. В частности, фосфорилирование T350 было связано с увеличением активности EZH2, тогда как фосфорилирование T492 и S21 было связано со снижением активности EZH2. Предполагается, что фосфорилирование T492 нарушает контакты между человеческим EZH2 и его партнерами по связыванию в комплексе PRC2, тем самым препятствуя его каталитической активности.

Помимо фосфорилирования, также было показано, что активность PRC2 / EZH2-EED противодействует активирующим транскрипцию меткам гистонов, таким как ацетилирование H3K27 (H3K27ac ) и метилирование H3K36 (H3K36me ).

EZH2 функция в значительной степени зависит от его рекрутирования комплексом PRC2. В частности, необходимы белок эмбриональной эктодермы с повторением WD40 (EED) и супрессор белка цинкового пальца цесте 12 (SUZ12) для стабилизации взаимодействия EZH2 с его гистоновым субстратом Недавно у людей были идентифицированы две изоформы EZH2, полученные в результате альтернативного сплайсинга : EZH2α и EZH2β. Обе изоформы содержат элементы, которые были идентифицированы так же важно для функции EZH2, включая знак ядерной локализации al, сайты связывания EED и SUZ12, а также консервативный домен SET. Большинство исследований до сих пор было сосредоточено на более длинной изоформе EZH2α, но было показано, что EZH2β, у которой отсутствуют экзоны 4 и 8, активен. Более того, комплексы PRC2 / EZH2β действуют на гены, отличные от генов его аналога PRC2 / EZH2α, что позволяет предположить, что каждая изоформа может действовать, регулируя конкретную подгруппу генов. Дополнительные данные свидетельствуют о том, что EZH2 также может быть способен к метилированию лизина независимо от ассоциации с PRC2, когда EZH2 сильно активирован.

Метилирование лизина

Метилирование представляет собой присоединение -CH 3 или метильной группы к другой молекуле. В биологии метилирование обычно катализируется ферментами, а метильные группы обычно добавляют либо к белкам, либо к нуклеиновым кислотам. При метилировании, катализируемом EZH2, метилируется аминокислота лизин в гистоне h3. Этот аминокислотный остаток может быть метилирован до трех раз по своей концевой аммониевой группе. Эти метилированные лизины важны для контроля экспрессии генов млекопитающих и играют функциональную роль в образовании гетерохроматина, инактивации Х-хромосомы и регуляции транскрипции. В хромосомах млекопитающих метилирование гистонового лизина может активировать или репрессировать гены в зависимости от места метилирования. Недавняя работа показала, что, по крайней мере, частью функции подавления молчания комплекса EZH2 является метилирование гистона H3 по лизину 27. Метилирование и другие модификации происходят на гистонах. Метильные модификации могут влиять на связывание белков с этими гистонами и либо активировать, либо ингибировать транскрипцию.

Механизм катализа

EZH2 является членом домена SET семейства лизин метилтрансфераз, которые функционируют для добавления метильных групп к лизиновые боковые цепи субстратных белков. Метилтрансферазы SET зависят от кофактора S-аденозилметионина (SAM), который действует как донор метила для их каталитической активности. Белки домена SET отличаются от других SAM-зависимых метилтрансфераз тем, что они связывают свой субстрат и кофактор SAM на противоположных сторонах активного сайта фермента. Такая ориентация субстрата и кофактора позволяет SAM диссоциировать без нарушения связывания субстрата и может привести к множественным циклам метилирования лизина без диссоциации субстрата.

Хотя ни субстрат-связанная, ни SAM-связанная кристаллическая структура для EZH2 не была определена Выравнивание структуры STAMP с метилтрансферазой SET7 / 9 человека показывает консервативные остатки тирозина в почти идентичных положениях в предполагаемом активном сайте EZH2.

Ранее предполагалось, что тирозин 726 в активном сайте EZH2 действует как общий основание для депротонирования субстрата лизина, но кинетические изотопные эффекты показали, что остатки активного центра не принимают непосредственного участия в химии реакции метилтрансферазы. Вместо этого эти эксперименты подтверждают механизм, в котором остатки снижают pKa остатка лизина субстрата, одновременно обеспечивая канал для воды для доступа к боковой цепи лизина внутри активного сайта. Затем объемная вода-растворитель может легко депротонировать боковую цепь лизина, активируя ее для нуклеофильной атаки кофактора SAM в SN2 -подобной реакции, приводящей к переносу метильной группы из SAM. к боковой цепи лизина.

EZH2 в первую очередь катализирует моно- и диметилирование H3K27, но клинически значимая мутация остатка тирозина 641 в фенилаланин (Y641F) приводит к более высокая активность триметилирования H3K27. Предполагается, что удаление гидроксильной группы на Y641 устраняет стерические препятствия и позволяет разместить третью метильную группу на субстрате лизине.

Рак

EZH2 является привлекательной мишенью для противораковой терапии, поскольку помогает раковым клеткам делиться и размножаться. Он обнаруживается в больших количествах, чем в здоровых клетках, при большом количестве видов рака, включая рак груди, предстательной железы, мочевого пузыря, рака матки и почек, а также меланомы и лимфома. EZH2 является супрессором гена , поэтому, когда он становится сверхэкспрессированным, многие гены-супрессоры опухоли, которые обычно включены, отключаются. Подавление функции EZH2 сокращает злокачественные опухоли в некоторых случаях, о которых сообщают, потому что эти гены-супрессоры опухоли не подавляются EZH2. EZH2 обычно не экспрессируется у здоровых взрослых; он обнаруживается только в активно делящихся клетках, подобных клеткам, активным во время внутриутробного развития. Из-за этой характеристики сверхэкспрессия EZH2 может использоваться в качестве диагностического маркера рака и некоторых нейродегенеративных расстройств. Однако бывают случаи, когда трудно сказать, является ли избыточная экспрессия EZH2 причиной заболевания или просто следствием. Если это только следствие, нацеливание EZH2 на ингибирование может не излечить болезнь. Одним из примеров ракового пути, в котором EZH2 играет роль, является путь pRB-E2F. Он находится ниже по ходу пути от пути pRB-E2F, и сигналы от этого пути приводят к сверхэкспрессии EZH2. Другой важной характеристикой EZH2 является то, что когда EZH2 сверхэкспрессируется, он может активировать гены без образования PRC2. Это проблема, потому что это означает, что активность метилирования фермента не опосредуется образованием комплекса. В клетках рака груди EZH2 активирует гены, способствующие пролиферации и выживанию клеток. Он также может активировать регуляторные гены, такие как c-myc и циклин D1, путем взаимодействия с сигнальными факторами Wnt. Важно отметить, что мутация тирозина 641 в активном домене SET в ряд различных аминокислот является общей чертой некоторых B-клеточных лимфом.

Ингибиторы

Разработка ингибитора EZH2 и предотвращение нежелательного метилирования гистонов генов-супрессоров опухолей является жизнеспособной областью исследований рака. Разработка ингибитора EZH2 была сосредоточена на нацеливании на активный сайт домена SET белка. По состоянию на 2015 год было разработано несколько ингибиторов EZH2, включая 3-дезазанепланоцин A (DZNep), EPZ005687, EI1, GSK126 и UNC1999. DZNep обладает потенциальными противовирусными и противораковыми свойствами, поскольку снижает уровни EZH2 и вызывает апоптоз в раковых клетках груди и толстой кишки. DZNep ингибирует гидролиз S-аденозил-L-гомоцистеина (SAH), который является основанным на продукте ингибитором всех метилтрансфераз белка, что приводит к увеличению клеточных концентраций SAH, который, в свою очередь, ингибирует EZH2. Однако DZNep не специфичен для EZH2, а также ингибирует другие метилтрансферазы ДНК.

В 2012 году компания Epizyme представила EPZ005687, конкурентный ингибитор S-аденозилметионина (SAM ), который является более селективным, чем DZNep; он имеет 50-кратное увеличение селективности в отношении EZH2 по сравнению с EZH1. Препарат блокирует активность EZH2 путем связывания с активным сайтом домена SET фермента. EPZ005687 может также ингибировать мутанты Y641 и A677 EZH2, что может быть применимо для лечения неходжкинской лимфомы. В 2013 г. компания Epizyme начала фазу I клинических испытаний другого ингибитора EZH2, таземетостата (EPZ-6438), для пациентов с B-клеточной лимфомой. В 2020 году таземетостат под торговым названием Tazverik был одобрен FDA для лечения метастатической или местнораспространенной эпителиоидной саркомы и был одобрен для лечения пациентов с рецидивом фолликулярной лимфомы позже в том же году.

Синефунгин - еще один SAM-конкурентный ингибитор, однако, как и DZNep, он не специфичен для EZH2. Он работает путем связывания в кармане связывания кофактора метилтрансфераз ДНК, чтобы блокировать перенос метила. EI1 - еще один ингибитор, разработанный Novartis, который продемонстрировал ингибиторную активность EZH2 в опухолевых клетках лимфомы, включая клетки с мутацией Y641. Механизм этого ингибитора также включает конкуренцию с кофактором SAM за связывание с EZH2. GSK126 представляет собой мощный, конкурирующий с SAM ингибитор EZH2, разработанный GlaxoSmithKline, который имеет 150-кратную селективность по сравнению с EZH1 и K i 0,5-3 нМ. UNC1999 был разработан как аналог GSK126 и был первым пероральным биодоступным ингибитором EZH2, проявившим активность. Однако он менее селективен, чем его аналог GSK126, и он также связывается с EZH1, увеличивая потенциал нецелевых эффектов.

Комбинированные методы лечения изучаются как возможные методы лечения, когда первичное лечение начинает неэффективно. Этопозид, ингибитор топоизомеразы, в сочетании с ингибитором EZH2, становится более эффективным при немелкоклеточном раке легких с BRG1 и EGFR мутации. Однако метилирование EZH2 и лизина может обладать активностью подавления опухоли, например, при миелодиспластическом синдроме, что указывает на то, что ингибирование EZH2 может быть полезным не во всех случаях.

Синдром Уивера

Мутации в гене EZH2 были связаны с синдромом Уивера, редким заболеванием, характеризующимся пожилым костным возрастом, макроцефалией и гипертелоризм. Остаток гистидина в активном сайте EZH2 дикого типа был мутирован в тирозин у пациентов с диагнозом синдрома Уивера. Мутация, вероятно, мешает связыванию кофактора и вызывает нарушение естественной функции белка.

Энхансер zeste (E (z)) был первоначально идентифицирован в Впоследствии были идентифицированы Drosophila melanogaster и его гомологи у млекопитающих и названы EZH1 (энхансер гомолога zeste 1) и EZH2 (энхансер гомолога zeste 2). EZH2 высоко консервативен благодаря эволюции. Он и его гомологи играют важную роль в развитии, дифференцировке клеток и делении клеток у растений, насекомых, рыб и млекопитающих. Следующее таксономическое древо представляет собой изображение распределения EZH2 среди самых разных видов.

• Ген Ezdiv class="ht"

Обратная связь: support@alphapedia.ru

Соглашение

О проекте