Hiszton - dezacetilázok és az immunológiai hálózat: következményei a rákban és a gyulladásban | onkogén

Hiszton - dezacetilázok és az immunológiai hálózat: következményei a rákban és a gyulladásban | onkogén

Anonim

Absztrakt

Az antigének elleni immunválasz kezdeményezése, nagysága és időtartama egy szigorúan szabályozott folyamat, amely magában foglalja a immun- és sejtek gyulladásgátló folyamatainak dinamikus, összehangolt egyensúlyát. Egy ilyen finom egyensúly kritikus fontosságú az idegen antigének elleni hatékony immunválasz lehetővé tétele érdekében, miközben megakadályozza az önantigének elleni autoimmun támadást. Az utóbbi években sok erőfeszítést szenteltek a rákos sejtek immunisikerülésének megértésére. Szintén jelentős előrelépés történt a pro- és gyulladásgátló citokinek szerepe mechanikus megértésében az antigének elleni immunválasz szabályozásában, ideértve a daganatok által kifejezett szereket is. A gyulladásgátló / gyulladásgátló gének természetes környezetükben, a kromatin-szubsztrátban való szabályozásáról azonban még mindig nagyon kevés információt tudunk. Számos olyan mechanizmust azonosítottak, amelyek befolyásolják a kromatin rugalmasságát és lehetővé teszik a gén expressziójának dinamikus változásait. Ezek közül a hisztonfarok acetilációja és dezacetilezése által kiváltott kromatinmódosítások nagy figyelmet kaptak. Ebben a tanulmányban megbeszéljük a hiszton-dezacetilázok szerepét a gyulladásos válaszban részt vevő gének transzkripciós szabályozásában, és hogy ezek az enzimek hogyan koordinálják ezen gének dinamikus expresszióját immunválasz során. Ez a feltörekvő tudás új lehetőségeket nyit meg a gyulladásos reakciók epigenetikus szabályozásának jobb megértése érdekében, és új molekuláris célokat kínál az immunválaszok erősítésére vagy enyhítésére.

Bevezetés

A génszabályozásban több mechanizmus vesz részt. Ezek között a szabályozó tényezők elérhetősége és a kromatin szerkezete fontos szerepet játszik. A szabályozó tényezők a celluláris lokalizáció, a gén expresszió és a poszt-transzlációs szabályozás révén válnak elérhetővé. A kromatin szerkezetét maga a DNS kovalens és nem kovalens módosítása (például a DNS metilezése és a kettős spirál destabilizálása), vagy a DNS-hez kapcsolódó fehérjék változása (például acetiláció, metilezés és foszforiláció) határozza meg. A hisztonok a DNS-asszociált fehérjék egy családját alkotják, és gyakran számos kovalens és nem-kovalens módosítást céloznak meg, amelyek végső soron befolyásolják a kromatin szerkezetét. Például a pozitív töltésű aminosavak acetilezése az egyik ilyen kovalens módosítás. Bár az acetilációt hiszton-acetil-transzferázok közvetítik, az acetilcsoport eltávolítását hiszton-dezacetilázok (HDAC) katalizálják. Ezeknek az enzimeknek a módosítása nem korlátozódik a hisztonokra; a nem hiszton fehérjék, ideértve a transzkripciós faktorokat is, szabályozhatók. Tehát, mivel kettős funkciójuk van a kromatin szerkezetének és a transzkripciós faktorok befolyásolására, a hiszton-acetil-transzferázok és a HDAC-k a génszabályozás középpontjában állnak.

A hisztondezacetilázok olyan enzimek, amelyeket gyakran magpropresszorok vagy multiprotein transzkripciós komplexek toboroznak génpromóterekké, és amelyek kromatinmódosítással szabályozzák a transzkripciót anélkül, hogy a DNS közvetlenül kötődne. Tizennyolc HDAC-t azonosítottak és négy osztályra osztottak (Yang és Seto, 2003): Az I. osztályba tartozik a HDAC1, 2, 3 és 8; A II. Osztályba tartozik a HDAC4, 5, 6, 7, 9 és 10; A III. Osztály a HDAC-k sirtuin családjának tagjaiból áll; és a IV. osztályt a HDAC11 képviseli, a felfedezett legújabb családtagot (Gao et al., 2002). Noha a hisztonok a HDAC-k elsődleges szubsztrátja, számos tanulmány kimutatta, hogy a HDAC-k a nem hisztonfehérjék, például a p53, E2F1, RelA, YY1, TFIIE, BCL6 és TFIIF dezacilezésére (Glozak et al., 2005). Ezen túlmenően, bár ez a felülvizsgálat a HDAC-k gén expressziójában betöltött szerepére összpontosít, egyre több bizonyíték utal arra, hogy egyes HDAC-oknak a hisztonokon és a transzkripcióval kapcsolatos tényezőkön túl sok fehérje-szubsztrátot tartalmaznak.

A hiszton-dezacetilázok számos szerkezetileg különféle vegyület, amelyek HDAC-gátlók (HDI-k) néven ismertek (Marks et al., 2000). Figyelemre méltó, hogy ezeket a vegyületeket inhibitorként alkalmazták már jóval azelőtt, hogy a normál és / vagy transzformált sejtekben a specifikus HDAC-k szerepének világos megértése megjelent. Ezek a vegyületek indukálhatják a transzformált sejtek citodifferenciálódását, sejtciklusának leállítását és apoptózisát (Marks et al., 2000; Bolden et al., 2006). Ezenkívül néhány HDI szignifikáns daganatellenes aktivitást mutatott a rákos betegekben, köztük egy vegyületet, a SAHA-t, amelyet az Élelmezési és Gyógyszerhivatal jóváhagyott bőr T-sejtes limfómában szenvedő betegek kezelésére (Mann et al., 2007; Marks and Breslow, 2007). Ezen fontos terápiás haladás ellenére a HDI-k által az emberi rosszindulatú daganatokban megfigyelt tumorellenes aktivitást közvetítő mögöttes célokat és / vagy mechanizmusokat továbbra is teljes mértékben meg kell tisztázni.

A HDAC részvétele és a HDI terápiás felhasználása nem korlátozódik a rákra, mivel számos tanulmány kimutatta, hogy ezek az enzimek szerepet játszanak az autoimmun betegségekben (Pankaj et al., 2008), a gyulladásos szabályozásban (Blanchard és Chipoy, 2005), központi idegrendszeri rendellenességek (Kazantsev és Thompson, 2008) és fejlődés (Haberland et al., 2009). Érdekes, hogy az ezekben a folyamatokban részt vevő intracelluláris utak többsége közös intermedierekkel rendelkezik, amelyeket a HDAC-k szabályoznak, jelezve, hogy ezeknek az enzimek központi szerepet játszanak a látszólag független fiziopatológiai állapotok szabályozójában. Ezt a koncepciót támogatva, a HDI-k potenciális terápiás eszközökként jelentkeztek autoimmun betegségek (Mishra et al., 2001; Pankaj et al., 2008), cisztás fibrózis (Rubenstein és Zeitlin, 1998) izomdisztrófia (Minetti et al., 2006) és az immuntolerancia szabályozása (Tao és Hancock, 2007).

A HDAC-k rákban játszott szerepéről és a HDI-k ezen és más kóros állapotok kezelésében történő gyorsan növekvő ismereteivel ellentétben még mindig keveset tudunk a specifikus HDAC-k szerepéről az immunsejtekben és azok HDI-k általi gátlásának funkcionális következményeiről. Bár egyes tanulmányok rámutattak a HDI-k azon képességére, hogy növelik a gyulladásos és daganatellenes válaszokat (Blanchard és Chipoy, 2005), mások ellenkezőleg mutatták ki, vagyis a HDI-k gyulladásgátló tulajdonságokat mutatnak, valamint a graft versus-host betegség és az autoimmun rendellenességek enyhítését mutatják (Reddy és mtsai., 2004; Sandra és mtsai., 2005; Glauben és mtsai., 2006). Így a HDI-k ezen eltérő hatásaiban szereplő alapvető célpontok és mechanizmusok tisztázása továbbra is kihívást jelent, figyelembe véve a jelenleg alkalmazott vegyületek pán-gátló hatását. A dolgok további bonyolítása érdekében összegyűjtött bizonyítékok vannak arra, hogy a specifikus HDAC-k szerepe az immunsejtekben túlmutat a hisztonokon, és ma már összetettebb szabályozó funkciókat is magában foglal, amelyek az enzim szövet expressziós profiljától, a sejtrekesz eloszlásától, a sejtek differenciálódásának stádiumától és / vagy patofiziológiai állapotok (Glozak et al., 2005; Minucci és Pelicci, 2006). Például, a HDAC6 elsősorban a citoplazmában lokalizálódik, és egyedülálló módon el van látva tubulindezacetiláz aktivitással (Hubbert és mtsai., 2002). Ez a HDAC a citoszkeleton, a sejtvándorlás és a sejt-sejt kölcsönhatások kulcsfontosságú szabályozója (Valenzuela-Fernández et al., 2008). Ezenkívül az immunsejtekben a HDAC6 szerepet játszik az antigént bemutató sejt (APC) / T-sejt immunszinapszis kialakulásában (Serrador et al., 2004). Hasonlóképpen, a HDAC11 az interleukin (IL) -10 gén expressziójának transzkripciós represszora az APC-kben (Villagra et al., 2009), amelynek expresszióját kimutatták, hogy szövetre korlátozódik az agyban, a vesében és a hereben, valamint abnormálisan túlzottan expresszálódik. bizonyos típusú leukémiák és limfómák (Gao et al., 2002).

Ebben a beszámolóban először a specifikus HDAC-k szerepéről az immunsejtekben előforduló pro- és gyulladáscsökkentő citokinek transzkripciós szabályozásában játszott szerepéről beszélünk. Ezután rávilágítunk a HDAC-ok kialakulóban lévő szabályozó szerepére a gyulladásos válaszokban részt vevő immunológiai hálózatokban. Végül megvitatjuk a HDAC-k változásait, amelyek az immunsejtekből származó daganatokban, például leukémiákban és limfómákban fordulnak elő, és hogy a HDI-k használata miként eredményezheti az egyensúlyt a hatékony daganatellenes válaszok felé, mivel ezek hatással vannak a tumorsejtekre és a gazdaszervezet immunsejtjeire. . Mivel számos, az utóbbi időben bevezetett kiváló áttekintés a III. Osztályba tartozó HDAC-k (sirtuinok) immunválasz és gyulladás kérdését tárgyalja (Salminen et al., 2008; Finkel et al., 2009; Natoli, 2009), ez a felülvizsgálat inkább a I. és II. Osztályú enzimek.

HDAC és citokin szabályozás

A citokinek kis molekulatömegű fehérjék vagy glikoproteinek, amelyeket az immun- és más rendszerek sejtjei választanak ki különféle extracelluláris ingerekre adott válaszként. Általában de novo- ban előállított molekulák nagyon szűk időtartam alatt gyakorolják funkciójukat (Cohen és Cohen, 1996). A citokineket besorolhatjuk szerkezeti homológiájuk, receptorkötő képességük, immunválaszuk és sejtforrásuk alapján. Sok bizonyíték utal arra, hogy ezek a molekulák központi szerepet játszanak a gyulladásos reakciók szabályozásában. A pro- vagy gyulladásgátló hatást mutató citokineket azonosítottuk, és termelésük kinetikáját, nagyságát és koncentrációját az immunreakció helyén tekintik fő tényezőnek az immunválasz megindulásának, intenzitásának és időtartamának meghatározásában (Cavaillon, 2001). ). Például az IL-12 és 10, az eltérő gyulladásos tulajdonságokkal rendelkező citokinek, kritikus fontosságúak ezen dinamikus változások szabályozásában és a finom egyensúly fenntartásában az autoimmun roham megelőzése érdekében, miközben lehetővé teszik az immunválasz idegen antigének elleni hatékony működését (Moore et al., 2001; Trinchieri, 2003; Li és Ra, 2008).

A citokin gén expressziója fel vagy le lehet szabályozni a specifikus ingerekre adott válaszként. Az ilyen szabályozás több intracelluláris jelátviteli utat foglal magában, és nagyon gyorsan megtörténik, hogy befolyásolja a citokin transzkripciós sebességét. Figyelemre méltó, hogy ezeknek a különféle utaknak a közös jellemzője, hogy molekulák szabályozzák azokat, amelyek elősegítik a megfelelő transzkripciós mikrokörnyezetet a kromatin szubsztrát szintjén. Ezen molekulák között a HDAC-k befolyásolják a gén transzkripcióját azáltal, hogy módosítják a citokin promoter régióit. A HDAC-k azon képessége, hogy módosítsák a nem hiszton fehérjéket, ideértve a transzkripciós faktorokat, mint például a STAT3, tovább rámutat ezen enzimek fontos szerepére a citokin gén szabályozásában (Yuan et al., 2005). Valójában bebizonyosodott, hogy az immunsejtek citokintermelését a promotorok acetilációs státusának megváltozása szabályozza (Yao et al., 2005; Zhang et al., 2006).

A HDAC-k citokin-szabályozásban való részvétele nem korlátozódik a citokinek egyik specifikus osztályára vagy altípusára. Valójában úgy tűnik, hogy a HDAC-k részt vesznek mind a pro-, mind a gyulladásgátló citokinek transzkripciós szabályozásában. Az 1. táblázat összefoglalja a citokinek HDAC-szabályozásával, valamint a célfehérjékkel kapcsolatos jelenlegi ismereteinket, amelyek lehetővé teszik a HDAC-toborzást specifikus DNS-szekvenciákhoz.

Teljes méretű tábla

HDAC-k és a proinflammatorikus citokinek szabályozása

A gyulladás kórokozókra, irritáló szerekre, sérült sejtekre és egyéb ingerekre adott válaszként jelentkezik. Ez a válasz a rák megbetegedésében és progressziójában is szerepet játszik (de Visser és Coussens, 2005; Khan és Tomasi, 2008). Például néhány rosszindulatú daganatot meg lehet akadályozni gyulladáscsökkentő gyógyszerek alkalmazásával (Anderson és mtsai., 2006; Rigas, 2007). Bizonyos proinflammatorikus citokinek gátlása szintén csökkenti egyes tumortípusok agresszivitását (Blanchard és Chipoy, 2005). A szignál-transzdukciós útvonalak és a gyulladáshoz vezető transzkripciós szabályozók jobb megértése valószínűleg fontos tippeket fog adni arra nézve, hogy mely útvonalak és biológiai folyamatok (például apoptózis és / vagy sejtciklus-szabályozás) válnak a rákos szabályozás alá.

Például az IL-8 egy gyulladásgátló citokin, amely gyorsan termelődik a fertőzés hatására, lehetővé téve a granulociták és makrofágok újbóli felvételét a sérült helyre (Strieter, 2002). Molekuláris szinten az IL-8 promótert a p300 gyorsan acetilezi, ez egy folyamat, amely a HDAC1 és HDAC5 átmeneti csökkenésével jár a promóter régiójában. Későbbi időpontokban ezeket a HDAC-kat visszavisszük az IL-8 promoterbe, amely valószínűleg leállítja a transzkripciós aktivitást (Schmeck és mtsai., 2008). Érdekes módon az IL-8-ról nemrégiben kimutatták, hogy több rosszindulatú daganatban, beleértve az emlőrákot, túlzott mértékben expresszálódik (Freund et al., 2003), és aberráns expressziója elősegíti az angiogenezist, valamint a rosszindulatú sejtek növekedését és invazivitását (Lin et al., 2004). ). Még meg kell határozni, hogy a rákos sejtekben az IL-8 ez a rendellenessége a p300, a HDAC1 vagy a HDAC5 expressziójának / funkciójának változásaiból származik-e.

Két másik, HDAC-k által kontrollált gyulladáscsökkentő citokin az IL-12 és az IL-1. Az IL-12-et transzkripciós szinten szabályozza histon-acetilezés. Ezt a módosítást a p300 közvetíti a génaktiváció elősegítése érdekében. Ezzel szemben kimutatták, hogy a HDAC1 gátolja az IL-12 gén expresszióját (Lu et al., 2005). Az IL-1 állítása szerint a különféle kísérleti modellekben növelik a tumor invazivitását és a metasztázisokat (Dinarello, 1996). Az IL-1a gén expresszióját a melanóma sejtekben egy HDAC1 és Sp1 proteinből álló komplex represszálja (Enya et al., 2008). Azt javasolták, hogy az IL-1a expresszió ilyen modulálása befolyásolja ennek a malignitásnak az agresszivitását (Onozaki et al., 1985).

A hiszton-dezacetilázokról szintén beszámoltak arról, hogy modulálják az IL-2-t, egy kulcsfontosságú citokint, amely részt vesz a T-sejtek kialakulásában, differenciálódásában és homeosztázisában. Ennek a citokinnek az expresszióját erősen gátolja a HDAC1, a transzkripciós represszor cink-ujj E-box-kötő fehérjével (ZEB) -1 és a corepressor C-terminális kötő fehérjével (CtBP) -2 együttműködve (Wang et al., 2009a ). Kimutatták, hogy az IL-2 expressziója bizonyos vírusos és autoimmun betegségekben, valamint néhány leukémiában deregulált (Gesbert és munkatársai, 1998). Az IL-2 gén expressziójának molekuláris mechanizmusainak és HDAC1 által közvetített elnyomásának következményeinek jobb megértése nemcsak fontos nyomokat fog biztosítani a megfigyelt IL-2 deregulációhoz, hanem új célokat is felfedhet a T-sejt anergia leküzdésére, amely a válaszfajta, amelyet az IL-2 termelés hiánya jellemez a rokon antigénre adott válaszként (Kametani et al., 2008). A FOXP3 az IL-2 gén expressziójának további represszora, amely közvetlenül kapcsolódik a TIP60 acetil-transzferáz fehérjéhez (Tat-kölcsönhatásban lévő protein, 60 kDa), HDAC7 és HDAC9. A HDAC7 és a HDAC9 különböző körülmények között társul az FOXP3-hoz, ami arra utal, hogy eltérő szerepet játszhatnak az IL-2 gén expressziójának szabályozásában (Li et al., 2007).

A granulocita-makrofágok kolónia-stimuláló faktorot (GM-CSF) az immunsejtek termelődik több stimulusra adott válaszként. A GM-CSF képződését a glükokortikoidok alacsony koncentrációjú kezelése után megszakítják (Barnes, 2005). A HDAC2-ről arról számoltak be, hogy szerepet játszik a GM-CSF szteroid-indukált gátlásában, mivel: (a) ennek a HDAC-nak a kölcsönhatása a glükokortikoid receptorral (GR) és b) a HDAC2 gyors toborzásához a GM- CSF-promóter (amint azt a kromatin immunprecipitációja megfigyelte), amikor a sejteket dexametazonnal kezelik (Ito et al., 2000). Ezenkívül a GR dezacetilezése HDAC2-vel lehetővé teszi a receptor és a nukleáris faktor (NF) -KB közötti kölcsönhatást, elősegítve annak represszor aktivitását a GM-CSF expressziójánál (Ito et al., 2006).

Végül, az IL-5 egy citokin, amelynek központi szerepe van az allergiás reakciókban az eozinofil aktiváció révén. A glükokortikoidok hatékony gyógyszerek számos allergiás állapot kezelésére. Kimutatták, hogy a HDAC1 GR által az IL-5 promóterbe történő toborzása elnyomja ennek a génnek a transzkripcióját. Két lehetséges mechanizmust javasoltak ennek a HDAC1-mediált hatásnak a magyarázatára: (a) a GR toborzása HDAC1-del a DNS-be megváltoztathatja a GATA3 transzkripciós aktivátor képességét arra, hogy kösse DNS-célszekvenciáját és aktiválja az IL-5 gén expresszióját, vagy (b) ) a HDAC1 – GR komplex elősegítheti a nem-permisszív kromatinszerkezetet a GATA3-kötéshez (Jee et al., 2005).

HDAC-k és a gyulladásgátló citokinek szabályozása

A proinflammatorikus citokinek expressziójának szabályozása mellett a legújabb bizonyítékok kimutatták, hogy a HDAC-k fontos szerepet játszanak a gyulladásgátló citokinek transzkripciójának szabályozásában. Az IL-10 az egyik legjobban jellemzett citokin, és részt vesz a tolerancia indukciójában és a gyulladásos reakciók gátlásában. Nemrég bebizonyítottuk, hogy a HDAC11 csökkenti az IL-10 transzkripcióját egér- és humán APC - kben azáltal, hogy kromatin-szintű kölcsönhatásba lép a promóter disztális régiójával (807–1653 pozíciók a transzkripció iniciációs helyéhez viszonyítva). Ez a hatás nem csak ezen sejtek gyulladásos állapotát határozza meg, hanem befolyásolja az antigén-specifikus CD4 + T-sejtek alapját és toleranciáját is (Villagra et al., 2009). Mechanikusan azt találtuk, hogy a HDAC11 túlzott expressziója az APC-kben erősen gátolja az IL-10 transzkripciós aktivitást. Ezen sejtek kromatin immunprecipitációs elemzése az IL-10 proximális promóterén (1–807. Pozíció) a H3 és H4 acetiláció hiányát támasztotta alá, ami a STAT3 és Sp1 csökkent visszaesésével jár. Ezek az adatok valószínűleg tükrözik ezen transzkripciós faktorok csökkent hozzáférhetőségét a kevésbé acetilált, és ezért kompaktabb kromatinhoz. Fontos szempont, hogy megerősítettük a HDAC11 enzimaktivitás követelményét ebben a folyamatban, mivel a HDAC mutáns csonkolt dezacetiláz doménjével történő túlzott expressziója nem gátolta az IL-10 gén expresszióját. Ehelyett az IL-10 mRNS növekedését figyelték meg, valószínűleg annak eredményeként, hogy a HDAC11 mutáns domináns negatív variánsként működött, és az endogén HDAC11-vel verseng. Hasonló növekedést figyeltünk meg az IL-10 gén expressziójában, amikor HDAC11-specifikus rövid hajtű RNS-eket expresszáltak APC-kben. Ezekben a sejtekben megnövekedett H3 és H4 acetilációt figyeltünk meg, amelyet az Sp1 és a STAT3 fokozott toborzódása kísért az IL-10 promoter proximális régiójába. Ezek a változások, valamint a negatív szabályozás hiánya a disztális promóterben, amelyet a PU.1 és / vagy HDAC11 transzkripciós represszor közvetít, megbízható magyarázatot ad a HDAC11-hiányos APC-kben megfigyelt fokozott IL-10 gén expressziójára. Ezen eredmények jelentősége több szinten rejlik. Először a HDAC11 fiziológiás szerepét bocsátották rendelkezésre. Másodszor, a HDAC11 a kromatinszint dinamikus változásainak indukálásával szabályozza az IL-10 és esetleg más gének expresszióját, amelyek részt vesznek a gyulladásos válaszban. Ez a hatás legalább részben megmagyarázhatja az APC plaszticitását a T-sejt aktiválás és a T-sejt tolerancia meghatározása szempontjából. Harmadszor, a HDAC11 új molekuláris célt jelent az immun aktiválás és az immuntolerancia közötti potenciális befolyásolás szempontjából, ami egy kritikus döntés, amely jelentős hatással van a rák immunterápiájára, transzplantációjára és az autoimmunitásra.

Az I. osztályú HDAC-król beszámoltak arról, hogy gátolják az IL-4 expressziót a T-sejtekben (Valapour et al. , 2002). Ezeknek a HDAC-knek az IL-4 promóterbe történő toborzásában részt vevő mechanizmusok azonban ismeretlenek. Ennek ellenére az IL-4 expresszióját elnyomó hatásuk jelentős érdeklődést váltott ki az I. osztályba tartozó HDAC-k potenciális manipulációja miatt az asztma kezelésére (Choi et al., 2005). A HDAC1 és a 2 szintén szerepet játszanak a tumor nekrózis faktor-α által szabályozott gének transzkripciós kontrolljában. Például ezeket a HDAC-kat az YKL-40 kitináz (humán porc-glikoprotein 39) promóterébe toborozzák, hogy visszaszorítsák annak transzkripcióját. Az NF-κB-en keresztül közvetített tumor-nekrózis faktor α főként a HDAC toborzásáért felelős ennek a promoternek (Bhat et al., 2008). Megjegyzendő, hogy az YKL-40 indukálja az endotél sejtek vándorlását, valamint a sejtek szaporodását és védelmét a gyulladásos károsodásokkal szemben (Ling és Recklies, 2004).

Egy másik gyulladásgátló citokint, az interferon-P-t (IFN-β) indukálunk vírusfertőzésekre vagy kettős szálú RNS-re adott válaszként. Ez az indukció számos transzkripciós szabályozó, többek között a különféle HDAC-k által szervezett működésétől függ (Chang et al., 2004). Érdekes módon, bár a HDAC1 és a 8 az IFN-β expresszió negatív szabályozói, a HDAC6 nélkülözhetetlen koativátorként működik, amely indukálja annak transzkripcióját (Nusinzon és Horvath, 2006). Ez a példa bemutatja, hogy a különböző HDAC-k szabályozhatják ugyanazt a gént és ellentétes szerepet játszhatnak.

HDAC-k és citokinek, amelyek részt vesznek a T-sejtek differenciálódásában

A naiv CD4 T-sejtek effektorsejtek két típusát különböztetik meg, Th1 vagy Th2. Mindkét részhalmaz citokinprofilja és működése szempontjából különbözik immunválasz során. A Th1 és Th2 sejtek által termelt néhány reprezentatív citokin az IFNy és az IL-4. Ezen felül a leghatékonyabb citokinek, amelyek ezt a differenciálódást hajtják végre, az IL-12 Th1-nél és az IL-4 Th2-nál (Bowen et al., 2008; Aune et al., 2009). Fontos szempont, hogy a Th1 és Th2 sejtek differenciálódásában részt vevő összes citokint HDAC szabályozza, kiemelve központi szerepüket ebben a folyamatban. A HDAC T-sejt differenciációban való részvételének egyik legjobb példája az IFNy lókusz epigenetikus szabályozása. Az IFNy lókusz DNS-metilezésében és acetilezésében a legtöbb változás az Ifng géntől felfelé és lefelé tartó, 50 kb-nél> 50 kb kb. Konzervatív nem kódoló szekvenciában történik (Zhou et al., 2004), amely szemlélteti a háromdimenziós kromatinszerkezet fontosságát. ezt a lókuszt szabályozásában (Aune et al., 2009).

A HDAC1 és a 2 társítása a Sin3A-val a Sin3 transzkripciós corepressor komplex kialakulásához vezethet (Yang és Seto, 2008). A Sin3 / HDAC1 / 2 komplex konstitutív módon kapcsolódik az IFNy lókuszhoz a Th0-sejtekben, ezáltal elnyomja ennek a citokinnek a expresszióját a naiv T-sejtekben. A Th0-sejtek Th1-sejtekké történő differenciálódását követően ezt a repressziót a Sin3 / HDAC komplexek kiszorításával enyhítik. Ezt a folyamatot szorosan szabályozza a Th1-hez kapcsolódó transzkripciós szabályozók, például a T-Bet, amelyek elősegítik a Sin3 / HDAC komplex disszociációját (Chang et al., 2008), a hiszton-acetil-transzferáz aktivitást és végül a kromatin-acetilációt.

Az IFNy és a T-Bet gének erősen acetiláltak a Th1 sejtekben, a Th2 sejtekben azonban nem, és ez a hiperacetiláció közvetlenül kapcsolódik ezek expressziójához. Érdekes, hogy amikor a Th2-sejteket HDI-vel kezelik, akkor mindkét gén acetilációs státusza helyreáll, annak ellenére, hogy gén expressziójuk nem áll helyre. Ez arra utal, hogy a Th1 / Th2 differenciálódásban egy összetettebb mechanizmus szerepel (Morinobu et al., 2004). Hasonló mechanizmus szabályozza az IL-4 gén lókuszt a T-sejtek differenciálódásában. Amikor a naiv T-sejteket a Th2 fenotípusra polarizálják, akkor specifikus H3K9 / 14 acetilezést kapnak (Ansel és mtsai., 2006), amely korrelál az IL-4 fokozott expressziójával. Ezzel szemben csak az IL-4 lókusz acetilációjának csekély mértékű növekedése figyelhető meg a Th1 sejtekben (Avni et al., 2002).

Az interleukin-5 és a 13 további két citokin, amelyek Th2-sejtekben expresszálódnak. Mindkettőt a GATA3 és GR szabályozza transzkripciós szinten (Zhang et al., 1998; Jee et al., 2005), amelyekről kimutatták, hogy kölcsönhatásba lépnek HDAC-kel (Chen et al., 2006; Ito et al., 2006). . A jelenlegi modell szerint a GR asszociálódik az IL-5 proximális promoterrel, ahol köti az NF-AT-t és az AP-1-t. Ez a kötés rontja a GATA3 toborzódását a promoterhez és aktiválja az IL-5 expressziót. Ezen túlmenően a GR HDAC-kat toboroz a helyi promóter régióba, elősegítve a kondenzált kromatin konformációt (Jee et al., 2005).

Az interleukin-2 szintén fontos szerepet játszik a T-sejtek fejlődésében és differenciálódásában (Gesbert et al., 1998). A HDAC1 az IL-2 expressziójának erős represszora ezekben a sejtekben, és az IL-2 promóterre gyakorolt ​​specifikus aktivitása olyan transzkripciós faktorok jelenlététől függ, mint például a ZEB1 és a CtBP2 (Wang és mtsai., 2009a). Különösen érdekes az IL-2 gátlása a baktériumok szuperantigénjeire reagálva - ez egy folyamat, amely szorosan kapcsolódik a HDAC1 azon képességéhez, hogy kötődjön az IL-2 promoterhez (Kametani et al., 2008).

Végül, a HDAC-k szintén részt vesznek a T-sejtek túlélésének szabályozásában. Például, a HDAC7 a Nur77 árvamagmag-receptor ismert represszora, gátolja a T-sejt-receptor (TCR) által közvetített apoptózist (Dequiedt et al., 2003). A Nur77 expresszálódik T-sejtekben közvetlenül a TCR aktiválása után, hogy elősegítsék a negatív szelekciót (Woronicz et al., 1994). A Nur77 túlzott expressziója apoptózissal jár, míg annak hiánya gátolja a TCR-közvetített sejthalált (Calnan és mtsai., 1995). Úgy tűnik, hogy a HDAC7 működését reverzibilis foszforiláció szabályozza, ezt a dezacetilázt a TCR-függő foszforilezés után a citoplazmába irányítva (Parra et al., 2007).

A HDAC-k és immunológiai hálózatok keresztszabályozása

Különös érdeklődés mutatkozik a HDAC-k részvétele a STAT és NF-κB jelátvitel szabályozásában, valamint az autoimmunitás és a rák kapcsolatában. A HDAC-k nem csak közvetlenül aktiválják / elfojtják ezeket az útvonalakat, hanem maguk is ezek a jelzőutak modulálják. Ebben a részben a HDAC-k szerepét vizsgáljuk ezen fontos folyamatok szabályozásában, valamint a STAT és az NF-κB jelátviteli közvetítők hatását a HDAC nukleáris lokalizációjának és lebontásának szabályozásában.

HDAC-k a STAT és NF-κB útvonalakban

A hisztondezacetilázok sok fehérjével asszociálódnak, és sokféle konstitutív stabil komplexet képeznek, beleértve a Sin3, Mi-2 / NuRD, CoREST és N-CoR / SMRT komplexeket (Yang és Seto, 2008). A HDAC-k azonban szövetekkel vagy ingerekkel szemben specifikus módon is kapcsolódnak a fehérjékhez. Például nem stimulált sejtekben az NF-κB p50 alegység kötődik a HDAC1-hez az NF-κB célgének transzkripciójának visszaszorításához. Az aktiválás után a p50 / p65 heterodimer áthelyeződik a magba és kiszorítja a p50 / HDAC1-et. Ez a mechanizmus magyarázza a p50 negatív szerepét a transzkripcióban (Zhong et al., 2002). Hasonló mechanizmust javasoltak a HDAC3-ra, amelyben társul a TAB-val, N-CoR-vel és p50-vel (Baek és mtsai., 2002). A HDAC3 a RelA (p65) 221 lizinjének dezacetilálását is tartalmazza a magban, elősegítve az NF-κB kötődését az IκBα-hoz és annak nukleáris exportját (Chen et al., 2001). Ez a folyamat véget vet az NF-κB aktivitásnak, és a fehérje komponenseket újból aktiválja a citoplazmába. Ezenkívül a RelA acetilálásához a 310 lizint kell transzkripciós aktivitásához használni, egy IBBa-független mechanizmus révén, jelezve, hogy ennek a proteinnek az acetilálása különböző funkciókat szabályozza (Chen et al., 2002).

A STAT-ek foszforilációja szükséges aktiválásukhoz, nukleáris transzlokációjához és a célgének transzkripciós szabályozásához (Ihle, 2001). A STAT1 foszforilálódik a citokin és a növekedési faktor stimulációjára adott válaszként. Ezt az eseményt ellensúlyozhatja a defoszforiláció vagy a CBP acetiláció, amely elősegíti a STAT1 nukleáris exportját (Krämer et al., 2006). Az acilezés után a STAT1 dezacetilezhető a HDAC3, valamint a HDAC1 és 2 révén, ezáltal lehetővé téve annak foszforilációját és újraaktiválását (Klampfer et al., 2004; Krämer et al., 2009). Noha a HDAC-k elősegítik a STAT1 aktiválását és a nukleáris importot, a STAT3-ra gyakorolt ​​hatásuk pontosan ellenkezője (1. ábra). A STAT3-at a p300 acetilálja a citokinkezelés eredményeként (Paulson és mtsai., 1999), és ezt a dezacetilációt megfordítják az I. osztályú HDAC-k, ami a STAT3 dimerizációjának romlásához és az azt követő transzkripciós szabályozó aktivitáshoz vezet (Yuan et al., 2005). Egy nemrégiben elvégzett tanulmány kimutatta a HDAC3 kölcsönhatását a 2A foszfatázzal (Togi és mtsai., 2009), jelezve, hogy létezik egy bonyolultabb fehérjék módosító állvány is, ahol a foszforiláció és az acetiláció koordináltan szabályozzák egymást. A STAT5-et szintén HDAC-ok szabályozzák. Ez a transzkripciós faktor az Id-1 gén aktivátora, az alapvető hélix-hurok-hélix transzkripciós faktorok, mint például az E2A, HEB és E2-2 domináns negatív inhibitora (Massari és Murre, 2000), és a B- és T-sejt funkciók (Engel és Murre, 2001). Azáltal, hogy a HDAC1-et az Id-1 promóterbe toborzza a C / EBPβ dezacilezéséhez, a STAT5 kötődhet a DNS-hez és elősegítheti az Id-1 transzkripcióját (Xu et al., 2003).

Image

A hisztondezacetilázok (HDAC) funkcionális szerepe a citokinek transzkripciós szabályozásában. (A) A HDAC-k közvetlen toborzása specifikus DNS-szekvenciákhoz kötődő transzkripciós faktorok által közvetítve. (B) A transzkripciós mediátorok dezacetilezése az aktiváláshoz és az azt követő nukleáris transzlokációhoz. (C) A nukleáris export transzkripciós mediátorok dezacetilezése. (D) A transzkripciós mediátorok deacetilezése inaktiválás céljából, ami gyakran társul a DNS-kötő képesség elvesztésével. Világoskék nyilak jelzik a fehérje / komplexek mozgását.

Teljes méretű kép

A HDAC-k immunológiai jelátvitel útján történő szabályozása

A hiszton-dezacetilázok sokféle módon szabályozhatók. Szabályozásuk nagyságát, szelektivitását és időzítését a celluláris kontextus és a célsejtet érintő események sajátos kombinációja diktálja. Szinte az összes HDAC aktivitását a protein-protein kölcsönhatások és a részt vevő protein komplexek összetétele szabályozza. Ezenkívül a HDAC-kat poszt-transzlációs módosítás, szubcelluláris lokalizáció, transzkripciós szabályozás, proteolitikus feldolgozás és a kofaktor rendelkezésre állása szabályozza. Az I. osztályba tartozó HDAC-k számos különféle szövetben expresszálódnak, míg a II. És IV. Osztályú szövetek specifikusabban expresszálódnak (de Ruijter et al., 2003). A HDAC-szintek ezen fiziológiai változásaitól függetlenül azonban a transzkripciós szinten különféle intra- és extracelluláris szignálokkal szabályozhatók, ideértve a HDI-t (Hauser et al., 2002; Bradbury et al., 2005), lipopoliszacharidot (LPS) ( Aung és mtsai., 2006), fitohemagglutinin (Dangond és Gullans, 1998) és citokinek (Bartl és mtsai., 1997).

A 2. ábrán a HDAC-k immunológiai útvonalakkal és jelátvitel útján történő szabályozásának három lehetséges mechanizmusát mutatjuk be. A szubcelluláris lokalizáció és a proteolitikus feldolgozás kulcsfontosságú elemek sok immunszignálási hálózatban, beleértve az NF-κB-t (Gopal és Van Dyke, 2006) és a MAPK útvonalakat (Baek et al., 2002). Ezenkívül számos HDAC expresszióját baktériumkomponensek megváltoztathatják. Például, a Legionella pneumophila fertőzés fokozhatja a HDAC5 expresszióját, de más HDAC-ok nem (Schmeck et al., 2008). A makrofágok LPS stimulálása szinte az összes HDAC expresszióját befolyásolja, bár eltérő nagyságrendű és kinetikai tulajdonságokkal (Aung és mtsai., 2006). Például a HDAC6, 10 és 11 fokozatosan lecsökkentik 8 óráig az LPS stimulációt követően, enyhe helyreállással 24 óra után. Ugyanez az expressziós mintázat figyelhető meg a HDAC4, 5 és 7 esetében; ezek a dezacetilázok azonban az LPS stimuláció után 24 órával fel vannak szabályozva. Ezzel szemben a HDAC1 fokozatosan 8 óráig fel van szabályozva, és a stimuláció után 24 órával stabilizálódik. These changes in HDAC expression in response to LPS stimulation have prompted the use of selective HDI for controlling the immune response, as these enzymes participate in the expression of pro- and anti-inflammatory mediators.

Image

Regulation of histone deacetylases (HDACs) by immunological pathways. Three possible mechanisms for HDAC regulation: (A) Proteosomal degradation; (B) intracellular shuttling; and (C) transcriptional regulation. Nuclear factor (NF)-κB signaling can be activated through the classical tumor necrosis factor (TNF)-α pathway. This cytokine binds to its receptor to trigger nuclear import of the NF-κB heterodimer and subsequent activation of survival and proinflammatory genes. NFκB can also be activated by interferon (IFN)γ, lipopolysaccarides (LPS) and interleukin (IL)-1β, all of which converge on a common mediator, the IκB kinase complex. The subunit IκB kinase complex (IKKb) from this complex is responsible for the ubiquitination of HDAC1. Red arrows indicate different pathways involved, and light blue arrows show mobilization of protein/complexes.

Teljes méretű kép

Proinflammatory signaling such as those activated by LPS, IL-1β, tumor necrosis factorα and IFNγ induces HDAC1 ubiquitination and proteosomal degradation. This process involves the same intermediaries as NF-κB signaling (Gopal and Van Dyke, 2006). Once these proinflammatory molecules bind to their respective receptors, their signals converge onto a common pathway that leads to activation of NF-κB-inducing kinase and, subsequently, the IκB kinase complex (IKK). IKK induces the phosphorylation and ubiquitination of IκBα, enabling nuclear import of the NF-κB heterodimer. A subunit of the IKK complex, IKKβ, is responsible for the ubiquitination of HDAC1 (Gopal et al., 2006). HDACs also regulate the intracellular localization of NF-κB and MAPK signaling components. For instance, HDAC3 associates with TAB2 and N-CoR proteins in a corepressor complex recruited by the p50 subunit of NF-κB. This complex translocates from nucleus to the cytoplasm upon IL-1 stimulation through MEKK1, which phosphorylates TAB2 to expose its nuclear export signal (Baek et al., 2002). This mechanism is not restricted to HDAC3 as HDAC1 has also been demonstrated to interact with p50 (Zhong et al., 2002). However, physical interaction between TAB2 and N-CoR has not been reported for HDAC1 complexes.

Regulation of HDAC availability through intracellular localization control seems to be a general event. For instance, the cellular localization of HDAC7 is regulated by reversible phosphorylation. In inactive T cells, HDAC7 is located in the nucleus and represses several genes involved in T-cell differentiation, including Nur77 (Dequiedt et al., 2003). After TCR activation, the serine/threonine kinase PKD1 phosphorylates HDAC7, thus promoting its cytoplasmic accumulation. Conversely, the myosin phosphatase complex (PP1b/MYPT1) dephosphorylates HDAC7, promoting its nuclear accumulation and subsequent inhibition of its target genes (Parra et al., 2007). HDAC7 has also been shown to be cleaved by caspase-8 in T cells tagged by extrinsic apoptotic pathways (Scott et al., 2008).

Modification of HDAC activity is another regulatory mechanism mediated by cytokines. In this context, A375-R8 melanoma cell lines expressing IL-1α constitutively have been shown to decrease HDAC1 activity (Enya et al., 2008). Because HDAC activity has been hypothesized to be reduced by oxidative stress (Barnes et al., 2004), it is possible that this biological condition may be present in A375-R8 cells, leading to decreased HDAC activity. In addition, HDAC2 activity is reduced by tyrosine nitration in response to oxidative stress (Ito et al., 2004; Osoata et al., 2009), and expression of this HDAC is decreased in smokers (Ito et al., 2001) and patients with chronic obstructive pulmonary disease (Ito et al., 2005).

Finally, pan HDI has been reported to influence the expression of some HDACs. Specifically, acute myeloid cells treated with different HDI show increased HDAC11, 9 and SIRT4 expression (Bradbury et al., 2005). Another interesting finding is the synergistic action of HDI with phytohemagglutinin for upregulating HDAC1 and 3 expression in T cells (Dangond and Gullans, 1998).

HDACs in tumors arising from immune cells (hematologic malignancies)

Epigenetic changes in cancer cells are well-documented phenomena, and there is much interest in understanding the exact detailed epigenetic mechanisms in cancer. For example, loss of histone H4-K16 acetylation and histone H4-K20 trimethylation are distinguishing features in many cancers. Importantly, these events appear early during tumor initiation (Fraga et al., 2005). An additional hallmark of tumor cells is DNA methylation. Global hypomethylation and promoter CpG island hypermethylation are frequent alterations observed in cancer (Feinberg and Vogelstein, 1983; Esteller, 2002). These findings highlight the major role of epigenetic modifiers in cancer. Three major mechanisms have been identified in the initiation and progression of cancer, namely the activation of silenced genes and/or production of fusion proteins, the silencing of tumor suppressor genes and the repression of genes involved in the antitumor response. Currently, there is much interest in understanding the mechanisms governing the regulation of immune genes in cancer (Khan and Tomasi, 2008), such as the involvement of microRNAs (miRNAs) in the altered gene regulation in cancer. Data indicate that 50% of miRNA genes are located in cancer-associated genomic regions or in fragile sites (Sevignani et al., 2006), and that miRNAs are involved in the regulation of many immune-related genes, including major histocompatibility complexes (MHC) and costimulatory molecules (Asirvatham et al., 2009). This hypothesis proposed by Khan and Tomasi (2008) suggests that miRNAs are silencing specific genes by binding to nascent RNA transcripts, a process that could be mediated by HDACs as shown at heterochromatic foci (Tomari and Zamore, 2005). Another possibility is alteration of the cytokine balance in tumor cells, and deregulation of the cellular machinery responsible for tagging cancer cells for immune recognition and elimination. For instance, control of MHC expression can be mediated by cytokines that are regulated tightly by epigenetic modifiers, including HDACs.

Role of HDACs in modulating the immune response against cancer

T cells recognize antigenic peptides presented on the surface of host cells by MHC molecules, of which there are two types, Class I (MHC-I) and Class II (MHC-II). Both are expressed differentially. Thus, MHC-II is only found on professional APCs such as dendritic cells, B cells and macrophages. MHC-I is found on all nucleated cells and mainly presents peptides of endogenous proteins to CD8+ cytotoxic T cells. Peptides presented by MHC are recognized by T cells, which facilitate the elimination of cells carrying non-self peptides derived from endogenous pathogens or mutated proteins, thereby providing an important protection against virus infection and tumor mutations.

Much effort has been devoted to understanding immune evasion by cancer cells, and how MHC regulation affects the initiation and progression of cancer. MHC generation and regulation are key steps to consider. In particular, the mechanisms involved in this process and how intracellular pathways influence antigen presentation in cancer cells must be understood. Mutations and aberrant expression of MHC-I and components of the antigen processing and presentation machinery (APM) have been found in different cancers, including hematological malignancies (Seliger, 2008). For instance, β2-microglobulin has been shown to be mutated or deleted in colon carcinoma, melanoma and other tumors (Seliger et al., 2006). Also, the deregulation of several other components of the MHC-I APM, occurring at the transcriptional and post-transcriptional levels, has been observed (Aptsiauri et al., 2007; Cabrera et al., 2007; Seliger, 2008). Regulation of MHC-I expression seems to be dependent on the aggressiveness of tumors and progression of cancer as it has been shown that lower levels of MHC are related to poor prognosis in different malignancies (Connor et al., 1993), and metastatic tumors have lower expression of MHC Class I than primary tumors (Cromme et al., 1994). The loss or downregulation of MHC-I and/or APM components allows tumor cells to evade the immune system. Identifying the mechanisms by which their expression is regulated will help discover candidates for future treatments against cancer.

In this context, cytokines have an important role in the regulation of MHC and APM components. For example, IFNγ, tumor necrosis factorα, GM-CSF and IL-4 are able to upregulate the expression of MHC and APM components (Petersson et al., 1998; Hallermalm et al., 2001; Guo et al., 2002). Moreover, IL-10 can repress some APM components (Zeidler et al., 1997). Thus, HDACs could be participating indirectly in the regulation of these molecules through their capacity to modulate the expression of regulatory cytokines. In addition, epigenetic modifiers can induce the expression of MHC-I and APM components. Several reports show that MHC Classes I and II are repressed by DNA methylation in numerous malignancies (van den Elsen et al., 2003; Karpf, 2006), and that the treatment of tumor cells with 5-azacytidine upregulates the MHC expression in cancer cells (Serrano et al., 2001; Karpf et al., 2004). Direct evidence of HDAC participation in the expression of MHC-I and II has been reported. In particular, HDAC1 and 2 repress MHC-II expression in human cancer cervical cell lines (Zika et al., 2003), whereas HDAC1, 2 and 8 repress MHC-I in these cells (Maeda et al., 2000; Magner et al., 2000; Li et al., 2006). The use of HDI also increases the expression of MHC-I, -II and different APM components and costimulatory molecules in several types of cancer cells (Khan and Tomasi, 2008). In addition, it has been reported that HDI promotes the expression of MHC Class I-related chains A and B, making cancer cells susceptible to elimination by natural killer cells (Skov et al., 2005; Zhang et al., 2009).

Aberrant expression of HDACs and fusion proteins in cancer

Alterations in HDAC expression are found in several types of cancer. For example, HDAC1, 2 and 3 are overexpressed in ovarian and endometrial carcinomas (Weichert et al., 2008a), prostate (Weichert et al., 2008b) and renal cancer (Fritzsche et al., 2008). HDAC1 is overexpressed in cancers of the breast (Zhang et al., 2005), colon (Wilson et al., 2006) and pancreas (Wang et al., 2009b), whereas HDAC3 expression is increased in colon cancer (Wilson et al., 2006). HDAC7 is overexpressed in pancreatic cancer (Ouaïssi et al., 2008), and HDAC8 expression is deregulated in neuroblastoma (Oehme et al., 2009). The list of aberrant HDAC expressions in cancer continues to grow and, in almost all of them, there is a correlation between high expression and poor prognosis. However, there are exceptions. For instance, HDAC6 overexpression occurs in breast cancer and is associated with a better prognosis (Zhang et al., 2004). The silencing of specific HDACs is also associated with reduced aggressiveness, proliferation and cancer survival (Bolden et al., 2006). Also, expression of some Classes II and IV HDACs are decreased in neuroblastoma, one of the most lethal malignant brain tumors (Lucio-Eterovic et al., 2008).

Only a few hematological malignancies show changes in HDAC expression. Some subtypes of diffuse large B-cell lymphoma exhibit increased HDAC1 expression (Poulsen et al., 2005). In a recent study, HDAC1, 2 and 6 expression in diffuse large B-cell lymphoma and peripheral T-cell lymphoma was higher than in normal lymphoid tissue (Marquard et al., 2009). In this report, it was suggested that HDAC6 overexpression correlated with a favorable outcome in diffuse large B-cell lymphoma patients, whereas the opposite effect was observed in peripheral T-cell lymphoma patients.

A HDAC-kat befolyásoló legtöbb szabálytalanság hematológiai rosszindulatú daganatokban a kiméra onkoproteinek jelenlétével kapcsolatos, ahol az eltérő fúziós fehérjék a corepressor-tartalmú HDAC-kat toborozzák a specifikus célgének expressziójának gátlására, azaz t (15; 17) (q22; q21) PML-RARa (Redner, 2002), t (11; 17) (q23; q21) PLZF-RARa (Redner, 2002) és AML1-ETO (Durst és Hiebert, 2008). Ezen áttelepítések következménye egy új transzkripciós szabályozási keret létrehozása. Így a sejtproliferációban és az apoptózis kontrolljában részt vevő kulcsfontosságú gének, például a p14ARF daganatszupresszor (Linggi et al., 2002) elnyomása blokkolja az apoptózis differenciálódását és gátlását (So és Cleary, 2004). Egy másik következmény a specifikus vérképzéses differenciálódásban részt vevő gének, például a kolóniát stimuláló faktor 1-szint csökkentése (Follows et al., 2003). A nem-Hodgkin limfómái is különböző transzlokációkat mutatnak, beleértve a sejtciklusokat és az apoptotikus szabályozókat. Néhány dokumentált eset következik (Pasqualucci et al., 2003): lymphoplasmacytic lymphoma, a transzlokáció t (9; 14) (p13; q32), amely magában foglalja a Pax-5 proto-onkogént, a B-sejtek proliferációját és differenciálódását szabályozó transzkripciós faktorot. ; follikuláris limfóma, a transzlokációk t (14; 18) (q32; q21), t (2; 18) (p11; q21) és t (18; 22) (q21; q11), amelyek mindegyike a Bcl-2-t, a az apoptózis negatív szabályozója; köpenysejtes limfóma, t (11; 14) (q13; q32), Bcl-1-et bevonva, amely a ciklin D1 sejtciklus-szabályozót kódolja; MALT limfóma, t (11; 18) (q21; q21) és ritkán t (1; 14) (p22; q32), beleértve Ap12 / Mlt és Bcl-10; Az Ap12 antiapoptotikus aktivitással rendelkezik, amely szintén a Bcl-10 valószínű hatása; diffúz nagy B-sejt limfómában, t (3; egyéb) (q27; egyéb), beleértve a Bcl-6-at, a csíraközpont kialakulásához szükséges transzkripciós repressort; Burkitt-limfóma, t (8; 14) (q24; q32), t (2; 8) (p11; q24) és t (8; 22) (q24; q11), beleértve a c-Myc-et, a sejtproliferációt szabályozó transzkripciós faktorot és növekedés; anaplasztikus nagy T-sejtes limfóma, t (2; 5) (p23; q35), Npm / Alk bevonásával, ahol Alk tirozin-kináz. Érdekes módon az ezen transzlokációkban részt vevő gének nagy részét a HDAC-k is szabályozzák, ezáltal növelve annak lehetőségét, hogy a HDI terápiásán alkalmazható legyen ezeknek a rosszindulatú daganatoknak a kezelésére.

HDI a hematológiai daganatok kezelésében

A hiszton-dezacetiláz-inhibitorok olyan kémiai vegyületek heterogén csoportja, amelyek gátolják a HDAC enzimatikus aktivitást. Kémiai szerkezetük szerint hat különböző csoportba sorolhatók: rövid szénláncú zsírsavak (például valproinsav), hidroxamátok (például trichosztatin A, SAHA), benzamidok (például MS-275), ciklikus tetrapeptidek ( például depsipeptid), elektrofil ketonok (például trifluor-metil-keton) és egyéb vegyületek (például MGCD0103). A HDI-k gátló hatása a HDAC-k katalitikus zsebében lévő aktív cinkhellyel való kölcsönhatásuknak köszönhető, amelyet a HDAC8 / hidroxamát komplex kristálytani tanulmányai határoztak meg (Somoza et al., 2004). Az antiproliferatív képességük alapján a HDI-ket rákellenes gyógyszerekké sorolták be az eritroleukémiás sejtekben (Leder et al., 1975). A funkcionális tulajdonságaik mögött meghúzódó molekuláris mechanizmust azonban évekkel később fedezték fel, amikor a HDAC-gátlást megfigyelték több sejtvonal, beleértve az emlőmirigy daganatsejtek trichosztatin A kezelését követően (Yoshida et al., 1990).

A hisztondezacetiláz-gátlás apoptózis indukálását eredményezheti külső (például halál-receptor) és belső (például mitokondriumok) utakon, sejtciklus leállításon, differenciálódás indukcióján, antiangiogén, anti-invazív és immunmoduláló funkciókon keresztül (Bolden et al., 2006; Minucci és Pelicci, 2006; Dokmanovic et al., 2007). Érdekes, hogy ezeknek a hatásoknak a legnagyobb része a transzformált sejtekben figyelhető meg, míg a normál sejtek rezisztensnek tűnnek a HDI ellen (Dokmanovic et al., 2007). A pontos mechanizmusok, amelyek lehetővé teszik a normál sejtek számára, hogy a HDI magasabb koncentrációját tolerálják, mint a transzformált sejtek, nem teljesen tisztázottak. Az eredmények azonban azt sugallják, hogy a tioredoxin védőhatása a reaktív oxigénfajok által okozott károsodások ellen kulcsfontosságú lehet (Shao et al., 2004), mivel a rákos sejtekben hiányzik ez a fehérje, és a tioredoxin leütéssel rendelkező normál sejtek felhalmozódnak a reaktív oxigén fajokra és fokozott sejthalálra utalnak. (Ungerstedt et al., 2005).

A HDI-k jelentős száma elérte az egyéni felhasználásra vagy más gyógyszerekkel és / vagy sugárterheléssel kombinált klinikai vizsgálatokat. A 2. táblázat felsorolja a legfontosabb HDI-ket és azok klinikai vizsgálatokban való felhasználását. Figyelemre méltó a HDI-vel vizsgált hematológiai rosszindulatú daganatok széles spektruma, és néhányuk önmagában vagy más gyógyszerekkel kombinálva kapott ígéretes eredmények (Bhalla, 2005; Bishton et al., 2007; Al-Janadi et al., 2008) ; Rasheed és munkatársai, 2008). A nem specifikus pan-HDI-k használata azonban nem teszi lehetővé a mechanikus magyarázatot ezen vegyületek rosszindulatú daganatokra gyakorolt ​​hatásáról. Ennek ellenére néhány kutató azt javasolja, hogy azok hatását elsősorban az I. osztályba tartozó HDAC-k elnyomása közvetíti, amint ezt HDI-k és specifikus kicsi interferáló RNS-ek alkalmazása az I. osztályú HDAC-k ellen (Glaser et al., 2003; Inoue et al., 2006). E hipotézis szerint a pán-HDI-k felhasználását javíthatnánk olyan szelektív vegyületek alkalmazásával, amelyek nem céloznak meg vagy nem gyakorolnak kisebb hatást a II. Osztályba tartozó HDAC-okra, például az MS-275 (I. osztályú szelektív) és az MGCD0103 (I., IV. Osztály). és HDAC10 szelektív). Kétségtelen, hogy a szelektív HDI-k átfogóbb információkat kapnak ezeknek a vegyületeknek a rákkezelésében játszott mechanizmusairól, pontosabb hatásokat biztosítva az egyszerű célok és / vagy útvonalak számára. Emlékeznünk kell arra, hogy a HDI-k használata rák kezelésére nemcsak a rákos sejtek szaporodását és túlélését befolyásolja, hanem más útvonalakat is, ideértve az immunológiai hálózatokat is.

Teljes méretű tábla

Következtetések

Az immunválasz szabályozásában részt vevő utak és szabályozók megragadták az immunológusok és kutatók érdeklődését más területeken, ideértve a rákbiológiát, a fejlődést és a sejtciklus-szabályozást. A közelmúltban kimutatták, hogy a HDAC-k kulcsszerepet játszanak az immunológiai utak szabályozásában. Érdekes, hogy a HDAC-k tevékenysége nem korlátozódik kizárólag az átírási szintre; szabályozzák a nem hiszton fehérjéket is, új perspektívát adva ezeknek az enzimeknek a mechanisztikus hatására. Ebben az összefüggésben a HDI potenciális eszköz az immunválasz szabályozására fertőzés, transzplantáció, autoimmun betegségek és rák során. A HDAC-k ezen folyamatokban való részvételét azonban nem értjük teljesen. Ezenkívül néhány, az eddig felhalmozott információ ellentmondásos és hiányos. Például a HDAC-gátlás egyes esetekben fokozhatja az immunválaszt, másokban pedig elnyomhatja azt. Ez a kettősség magyarázható a HDAC-k differenciális hatással a pro- és anti-inflammatorikus citokinekre, valamint a sejtek összefüggéseire. Arra is tekintve, hogy a HDI-k eltérő preferenciákkal rendelkeznek bizonyos HDAC-ok vonatkozásában, azt állíthatjuk, hogy a HDI-k által megfigyelt eltérő eredmények a különféle HDAC-kra gyakorolt ​​hatásaiknak tudhatók be. A 3. ábra a HDI-k meghatározott génekre gyakorolt ​​potenciális modelljét ábrázolja. Ez a modell támogatja azokat a kombinatorikus lépéseket, amelyek végül bizonyos gének elnyomásához vagy aktiválásához vezetnek. A HDI-k specifitása, valamint a HDAC-ek expressziós profilja normál és nem fiziológiai körülmények között hozzájárul ezen vegyületek végső hatásához. Szintén figyelembe kell venni a HDI-k közvetett hatásait a szekunder vagy tercier fehérjékre, amelyek potenciálisan aktiválhatják vagy elnyomhatják a célgéneket. A HDI-k kombinációs modelljének figyelembe kell vennie a sejttípust, a sejtkörnyezetet, a fiziológiás állapotot és a HDAC-preferenciát.

Image

A hiszton-dezacetiláz-gátlók (HDI) differenciális célzása. A HDI-k végső hatása az egyes gének expressziójára több tényezőtől függ. Például a HDI-k eltérő IC50-értékei vannak az egyes HDAC-oknak, és bizonyos esetekben ezek működése csak néhányra korlátozódik. Továbbá, a HDI-k által megcélzott HDAC-ket a sejt típusa szerint különbözõen fejezik ki. A legtöbb esetben a HDAC expressziója nem fiziológiás körülmények között, például rák vagy autoimmun betegségek esetén változik. Végül, egy HDI bármely génre gyakorolt ​​hatása lehet közvetlen vagy közvetett, és a vegyület által megcélzott másik protein közvetítheti.

Teljes méretű kép

Összeférhetetlenség

A szerzők kijelenti, hogy nincs összeférhetetlenség.