OMIM Entry – * 609132-lysin DEMETHYLÁZA 1A; KDM1A

TEXT

methylace histonu H3 (viz 602810) lys4 (H3K4) je důležitá epigenetická modifikace podílející se na aktivaci genu. Zbytky H3K4 di – a trimethylace (h3k4me2 a H3K4me3) označují počáteční místa transkripce aktivně transkribovaných genů, zatímco vysoká hladina monomethylace H3K4 (H3K4me1) je spojena s enhancerovými sekvencemi. KDM1A a KDM1B (613081) jsou demetylázy H3K4me1 a H3K4me2 a způsobují genovou represi (shrnutí Shao et al., 2014).

sekvenováním klonů získaných z knihovny cDNA s velikostí frakcionovanou mozkem, Nagase et al. (1998) klonoval KDM1A, který nazvali KIAA0601. Odvozený protein obsahuje 886 aminokyselin. RT-PCR detekovala expresi KDM1A téměř ve všech testovaných tkáních, s nejvyššími hladinami v ledvinách a varlatech. Ve slinivce břišní a slezině byla zjištěna malá až žádná exprese.

Shi et al. (2004) uvádí, že protein KDM1A, který nazývali LSD1, má N-terminální vířivou doménu, která se nachází v proteinech podílejících se na regulaci chromatinu, následovaný motivem vázajícím FAD a doménou aminooxidázy. Při hledání proteinů s aminooxidázou a SWIRM doménami identifikovali aof1 (KDM1B) jako lidský protein podobný LSD1 a také několik proteinů podobných LSD1 v C. elegans, Drosophila, Arabidopsis a s. pombe.

Hakimi et al. (2003) identifikoval rodinu multiproteinových korepresorových komplexů, které fungují modifikací struktury chromatinu, aby geny mlčely. Polypeptidové složení těchto komplexů zahrnuje společné jádro 2 podjednotek, HDAC1 (601241)/HDAC2 (605164) a protein vázající FAD aof2, který autoři nazvali BHC110. Mezi další podjednotky těchto komplexů patří ZNF261 (300061), GTF2I (601679) a polypeptidy spojené s chromozomálními translokacemi způsobujícími rakovinu.

posttranslační modifikace histonových n-terminálních ocasů ovlivňují strukturu chromatinu a transkripci genu. Shi et al. (2004) poznamenal, že zatímco rozsah acetylace histonu je určen jak acetyltransferázami, tak deacetylázami, není jasné, zda je methylace histonu regulována také enzymy s protichůdnými aktivitami. Poskytli důkaz, že lsd1, jaderný homolog aminooxidáz, funguje jako Histon demethyláza a transkripční korepresor. LSD1 specificky demethylovaný H3K4, který je spojen s aktivní transkripcí. K demethylaci lysinu došlo oxidační reakcí, která generovala formaldehyd. Inhibice LSD1 interferencí RNA způsobila zvýšení methylace H3K4 a souběžnou derepresi cílových genů, což naznačuje, že LSD1 potlačuje transkripci histonovou demetylací. Výsledky tak identifikovaly Histon demethylázu konzervovanou z S. pombe na člověka a odhalily dynamickou regulaci histonové methylace jak Histon metylázami, tak demethylázami.

Forneris et al. (2005) zjistil, že rekombinantní lidský LSD1 se choval jako typický flavoenzym třídy oxidoreduktázy/oxidázy in vitro. LSD1 katalyzoval 2-elektronovou oxidaci svého substrátu a přeměnil kyslík na peroxid vodíku. C-terminální 702-aminokyseliny LSD1 obsahovaly funkční histonové demethylační místo a pevně vázané FAD, což naznačuje, že N-terminální aminokyseliny nejsou rozhodující pro aktivitu nebo vazbu kofaktorů. Forneris et al. (2005) poznamenal, že tvorba peroxidu vodíku v prostředí chromatinu by mohla upřednostňovat oxidační poškození DNA a mohla by být škodlivá. Navrhli, že LSD1 nemusí fungovat jako oxidáza in vivo a že jiné molekuly než kyslík mohou v demethylačních reakcích fungovat jako akceptory elektronů.

Shi et al. (2005) zjistil, že rekombinantní lidský LSD1 nebyl schopen demethylovat nukleosomální substráty, ale LSD1 purifikovaný z hela buněk demethyloval histony bez ohledu na to, zda substráty byly hromadné histony nebo histony sestavené do nukleosomů. Hmotnostní spektrometrií a analýzou Western blot zjistili, že LSD1 je spojen s komplexem obsahujícím mimo jiné HDAC1, HDAC2, CTBP1 (602618), RCOR (607675), BHC80 (608325) a BRAF35 (HMG20B; 605535). V rámci této skupiny RCOR pozitivně regulovala funkci LSD1 in vitro a BHC80 inhibovala RCOR / lsd1 zprostředkovanou demetylaci. Hyperacetylované nukleosomy byly méně citlivé na DEMETYLACI zprostředkovanou RCOR/LSD1, což naznačuje, že hypoacetylované nukleosomy mohou být preferovanými fyziologickými substráty. Shi et al. (2005) navrhl, aby histonové deacetylázy a LSD1 mohly spolupracovat na vytvoření represivního prostředí chromatinu.

Lee et al. (2005) ukázalo, že komplexy obsahující BHC110 vykazovaly téměř 5násobné zvýšení demetylace histonu H3K4 ve srovnání s rekombinantním BHC110. Rekombinantní BHC110 navíc nebyl schopen demethylovat H3K4 na nukleosomech, ale komplexy obsahující BHC110 snadno demethylovaly nukleosomy. In vitro rekonstituce komplexu BHC pomocí rekombinantních podjednotek odhalila zásadní roli pro REST corepressor CoREST (607675), a to nejen při stimulaci demethylace na jádrových histonech, ale také při podpoře demethylace nukleosomálních substrátů. Lee a kol. (2005) zjistil, že nukleosomální demethylace byla výsledkem CoREST posílení asociace mezi BHC110 a nukleosomy. Deplece Corestu v buněčné kultuře in vivo vedla k derepresi genové exprese reagující na REST a zvýšené methylaci H3K4. Dohromady, Lee a kol. (2005) dospěl k závěru, že jejich výsledky zdůrazňují zásadní úlohu přípravku CoREST při demethylaci H3K4 in vitro i in vivo.

Metzger et al. (2005) ukázal, že LSD1 kolokalizován s androgenním receptorem (AR; 313700) v normálním lidském nádoru prostaty a prostaty. LSD1 interagoval s AR in vitro a in vivo a stimuloval transkripci závislou na AR. Naopak, knockdown hladin lsd1 proteinu zrušil androgenem indukovanou transkripční aktivaci a buněčnou proliferaci. Chromatinové imunoprecipitační analýzy prokázaly, že AR a LSD1 tvoří komplexy spojené s chromatinem způsobem závislým na ligandu. LSD1 zmírňuje represivní histonové značky demethylací histonu H3 na lysinu-9 (H3K9), což vede k derepresi cílových genů AR. Dále, Metzger a kol. (2005) identifikoval pargylin jako inhibitor LSD1. Pargylin blokuje demethylaci H3K9 LSD1 a následně ar-dependentní transkripci. Modulace aktivity LSD1 tedy nabízí strategii regulace funkcí AR. Metzger a kol. (2005) spojila demethylaci represivní histonové značky s aktivací genu závislého na AR, čímž poskytla mechanismus, kterým demetylázy řídí specifickou genovou expresi.

Wang et al. (2007) uvádí, že histonová lysin demethyláza LSD1, součást corest-CtBP (602618) korepressorového komplexu, je nutná pro stanovení a diferenciaci pozdní buněčné linie během organogeneze hypofýzy. Zdá se, že LSD1 působí primárně na Programy aktivace cílových genů, stejně jako v programech represe genů, na základě náboru odlišných koaktivátorů nebo korepresorových komplexů obsahujících lsd1. Programy represe genů závislé na LSD1 mohou být rozšířeny pozdě ve vývoji indukovanou expresí ZEB1 (189909), Represoru podobného Kruppelovi, který může působit jako molekulární maják pro nábor corest-CtBP corepressorového komplexu obsahujícího Lsd1, což způsobuje represi další kohorty genů, jako je Gh (139250), který dříve vyžadoval lsd1 pro aktivaci. Wang et al. (2007) dospěl k závěru, že Časové vzorce exprese specifických složek komplexů LSD1 modulují genové regulační programy v mnoha savčích orgánech.

podle coimunoprecipitačních testů s myšími a lidskými buňkami, Saleque et al. (2007) ukázalo, že LSD1, COREST, HDAC1 a HDAC2 interagovaly s GFI1 (600871) a GFI1B (604383) v endogenních komplexech. N-terminální represivní doména GFI1 a GFI1B byla vyžadována pro jejich spojení s COREST a LSD1. Myší Gfi1b rekrutoval tyto kofaktory k většině promotorů cílových genů in vivo. Inhibice Corest a Lsd1 narušila diferenciaci myších erytroidních, megakaryocytárních a granulocytárních buněk, stejně jako primárních erytroidních progenitorů. Deplece Lsd1 derepressed GFI cíle ve vzorcích specifických pro linii, doprovázené zvýšenou methylací H3 lys4 u příslušných promotorů. Saleque et al. (2007) dospěl k závěru, že komplexy GFI katalyzují sériovou histonovou modifikaci svých cílů, což vede k jejich odstupňovanému umlčení.

Huang et al. (2007) prokázalo, že v lidských buňkách interaguje demethyláza LSD1 specifická pro Histon lysin s p53 (191170), aby potlačila transkripční aktivaci zprostředkovanou p53 a inhibovala úlohu p53 při podpoře apoptózy. Zjistili, že in vitro lsd1 odstraňuje jak monomethylaci (K370me1), tak dimethylaci (K370me2) v K370, což je Smyd2 (610663) závislé monomethylační místo. Nicméně, in vivo, lsd1 vykazoval silnou preferenci reverzního k370me2, který je prováděn odlišnou, ale neznámou methyltransferázou. Huang et al. (2007) dospěl k závěru, že K370me2 má jinou úlohu při regulaci p53 než k370me1: K370me1 potlačuje funkci p53, zatímco K370me2 podporuje spojení s koaktivátorem 53BP1 (605230). Pozorování Huang et al. (2007) ukázalo, že p53 je dynamicky regulován methylací a demethylací lysinu a že stav methylace na jediném zbytku lysinu poskytuje odlišný regulační výkon.

Perillo et al. (2008) analyzoval, jak H3 histonová methylace a demethylace kontrolují expresi genů reagujících na estrogen a ukázaly, že estrogenový receptor vázaný na DNA (viz ESRA; 133430) řídí transkripci účastí v ohýbání chromatinu, aby kontaktoval RNA polymerázu II (viz 180660) přijatou do promotoru. Tento proces je řízen receptorově cílenou demethylací H3K9 (viz 601128) v místech enhanceru i promotoru a je dosažen aktivací rezidentní demethylázy LSD1. Lokalizovaná demethylace produkuje peroxid vodíku, který modifikuje okolní DNA a rekrutuje 8-oxoguanin-DNA glykosylázu 1 (601982) a topoizomerázu II-beta (126431), což vyvolává konformační změny chromatinu a DNA, které jsou nezbytné pro transkripci indukovanou estrogenem. Perillo et al. (2008) dospěl k závěru, že jejich data ukázala strategii, která využívá řízené poškození a opravu DNA k vedení produktivní transkripce.

transkripční korepresorový komplex obsahující LSD1, COREST a HDAC1 potlačuje transkripci odstraněním histonových modifikací spojených s transkripční aktivací. Gocke a Yu (2008) zjistili, že ZNF198 (ZMYM2; 602221) a REST (600571) interagovaly s LSD1/COREST/HDAC1 vzájemně se vylučujícím způsobem v lidských buněčných liniích. ZNF198 byl vyžadován pro represi E-cadherinu (CDH1; 192090), ale ne geny reagující na odpočinek. ZNF198 interagoval s chromatinem a stabilizoval komplex LSD1 / COREST/HDAC1 na chromatinu. MYM doména ZNF198 zprostředkovala interakci ZNF198 s LSD1 / COREST / HDAC1. Sumoylace HDAC1 pomocí SUMO2 (603042) zvýšila jeho vazbu na ZNF198 prostřednictvím nekovalentního mechanismu, ale také oslabila interakci mezi HDAC1 a CORESTEM.

pomocí chromatinové imunoprecipitace, PCR, koimunoprecipitace a reportérových analýz, Liang et al. (2009) zjistili, že infekce alfa-herpesviry, virem herpes simplex (HSV; viz 610551) a virem varicella zoster (VZV) vedla k rychlé akumulaci methylace chromatinu nesoucího represivní Histon H3 lys9 (H3K9). Exprese virových okamžitých časných (IE) genů vyžadovala faktor hostitelských buněk-1 (HCF1 nebo HCFC1; 300019) k náboru LSD1 do virových okamžitých časných promotorů. Deplece LSD1 nebo na dávce závislá inhibice LSD1 inhibitory monoaminooxidázy (imao) vedla k akumulaci represivního chromatinu a blokování exprese virového genu. HCF1 spolu se SET1 (SETD1A; 611052) a MLL1 (159555) koordinovala modulaci represivních hladin methylace H3K9 s přidáním aktivačních trimethylačních značek H3K4. Liang et al. (2009) dospěl k závěru, že LSD1 zabraňuje akumulaci methylace H3K9 a umožňuje produktivní infekci oběma alfa-herpesviry. Navrhli, že závislost virových patogenů na chromatinovém stroji hostitelských buněk zdůrazňuje potenciální terapeutický zásah a že cílení na LSD1 s široce používanými imao může zabránit virové latenci a reaktivaci.

Wang et al. (2009) prokázal, že LSD1 je nutný pro gastrulaci během embryogeneze myší. Zejména cílená delece genu kódujícího LSD1 v embryonálních kmenových buňkách indukuje progresivní ztrátu methylace DNA. Tato ztráta koreluje se snížením dna methyltransferázy-1 (DNMT1; 126375) proteinu v důsledku snížené stability Dnmt1. Dnmt1 protein je methylován in vivo a jeho methylace je zvýšena v nepřítomnosti LSD1. Dále může být Dnmt1 methylován Set7/9 (Také známý jako KMT7, 606594) a demethylován LSD1 in vitro. Wang et al. (2009) dospěl k závěru, že lsd1 demethyluje a stabilizuje Dnmt1, čímž poskytuje dříve neznámé mechanistické spojení mezi histonovými a DNA methylačními systémy.

použití lidských buněk k562 a myší Mel erythroleukemia a lidských Jurkat T-buněčných leukemických buněk, Hu et al. (2009) ukázalo, že transkripční faktor TAL1 (187040) interagoval přímo s LSD1 ve 2 odlišných proteinových komplexech obsahujících HDAC1. LSD1 inhibovala reportérskou aktivitu zprostředkovanou TAL1 v závislosti na dávce a tato inhibice vyžadovala Histon-demethylázovou doménu LSD1. Tal1 spojený s Lsd1 a demethylázovou aktivitou v nediferencovaných Mel buňkách, ale ne v období, kdy se mel buňky zavázaly k diferenciaci. Spojení Tal1 s komplexem Lsd1 bylo zjištěno během pozdních fází diferenciace. Tal1 navázal 2 e-boxové Gata motivy v proximálním promotoru genu kódujícího erytroidní membránový protein P4.2 (EPB42; 177070)a zaměřil Lsd1 na promotor P4.2. Cílení Lsd1 na promotor P4. 2 korelovalo s methylací H3K4 na promotoru P4.2. Po diferenciaci se Lsd1 disocioval od promotoru, což umožnilo transkripci P4.2 zprostředkovanou Tal1. Knockdown Lsd1 prostřednictvím krátké vlásenky RNA v Mel buňkách vedl ke zvýšené expresi P4.2 a Gata2 (137295)a zvýšení dimethylovaného H3K4 na promotoru P4.2. Hu et al. (2009) dospěl k závěru, že aktivita histonové demethylázy H3K4 LSD1 je částečně zodpovědná za represivní aktivitu TAL1 a omezuje funkci TAL1 v krvetvorbě.

Metzger et al. (2010) prokázal, že fosforylace histonu H3 (601128) na threonin-6 (H3T6) pomocí protein kinázy C (PKC)-beta-1 (176970) je klíčovou událostí, která zabraňuje demethylaci H3K4 LSD1 během aktivace genu závislého na androgen-receptoru (AR; 313700). In vitro peptidy histonu H3 methylované na lysinu-4 a fosforylované na threoninu-6 již nebyly substráty LSD1. In vivo se PKC-beta-1 kolokalizoval s AR a LSD1 na promotorech cílových genů a fosforyloval H3T6 po expresi genu indukované androgenem. RNAi zprostředkované knockdown PKC-beta-1 abrogované fosforylace H3T6, zvýšená demethylace na H3K4 a inhibovaná transkripce závislá na AR. Aktivace PKCB1 vyžaduje androgen-dependentní nábor gatekeeper kinázy protein kinázy C-související kinázy 1 (PRK1; 601032). Zejména zvýšené hladiny PKCB1 a fosforylovaných H3T6 (H3T6ph) pozitivně korelovaly s vysokým skóre Gleason karcinomů prostaty a inhibice PKC-beta-1 blokovaná ar-indukovaná proliferace nádorových buněk in vitro a progrese nádorových xenograftů in vivo. Spolu, Metzger a kol. (2010) dospěl k závěru, že androgen-dependentní kinázová signalizace vede k zápisu nové chromatinové značky H3T6ph, což v důsledku zabraňuje odstranění aktivních methylových značek z H3K4 během exprese genu stimulovaného AR.

Whyte et al. (2012) prokázal, že Histon demethyláza LSD1, která demethyluje Histon H3 na lys4 nebo lys9 (H3K4 / K9), je nezbytná pro zesilovače vyřazování z provozu během diferenciace myších embryonálních kmenových buněk (ESC). LSD1 zabírá zesilovače aktivních genů, které jsou kritické pro kontrolu stavu Esc. LSD1 však není nezbytný pro zachování identity ESC. Místo toho Esc postrádající aktivitu LSD1 nedokáží plně diferencovat a zesilovače specifické pro ESC nepodléhají histonovým demethylačním událostem spojeným s diferenciací. U aktivních zesilovačů je LSD1 součástí komplexu NuRD (remodelace nukleosomu a Histon deacetylázy), který obsahuje další podjednotky, které jsou nezbytné pro diferenciaci ESC. Whyte a kol. (2012) navrhl, že komplex LSD1-NuRD vyřadí zesilovače programu pluripotence během diferenciace, což je nezbytné pro úplné vypnutí programu exprese genu ESC a přechod na nové buněčné stavy.

Shao et al. (2014) zkoumal změny H3K4me a jeho klíčových regulátorů v myších oocytech a preimplantačních embryích. Pozorovali zvýšené hladiny H3K4me2 a H3K4me3 ve stádiích 1 až 2 buněk, což odpovídá období aktivace embryonálního genomu. Hladina H3K4me2 dramaticky poklesla ve 4-buněčném stádiu a zůstala nízká až do fáze blastocysty. Naproti tomu hladina H3K4me3 přechodně klesala u 4-buněčných embryí, ale neustále se zvyšovala na vrchol v blastocystech. Kvantitativní analýzy PCR a imunofluorescence v reálném čase ukázaly, že vysoká hladina H3K4me2 během aktivace embryonálního genomu se shodovala s maximální expresí jeho methyltransferázy, Ash2l (604782) a souběžným poklesem jeho demethyláz, Kdm5b (605393) a Kdm1a. H3K4me3 koreloval s expresí jeho methyltransferázy, Kmt2b (606834) a demethylázy, Kdm5a (180202). Shao et al. (2014) navrhl, že tyto enzymy fungují při aktivaci embryonálního genomu a segregaci první linie v preimplantačních myších embryích.

pomocí testu chromatinové imunoprecipitace-sekvenování, Gao et al. (2020) ukázalo, že LSD1 interagoval s FOXA1 (602294) a známkami aktivního zesilovače v lidských buňkách rakoviny prostaty a že inhibice LSD1 narušila globální vazbu chromatinu FOXA1. LSD1 pozitivně regulovaná vazba FOXA1 chromatinu demethylací K270 FOXA1. Prostřednictvím tohoto mechanismu, LSD1 udržovala Přístupnost zesilovače k AR a regulovala vazbu AR chromatinu a transkripční výstup. Inhibitory Lsd1 potlačily růst nádoru xenograftu u kastrovaných myší blokováním demetylace Foxa1 K270. Další analýza ukázala, že účinnost inhibitorů Lsd1 na potlačení nádoru korelovala s hladinami exprese Foxa1 a že inhibitory Lsd1 působily v synergii s léčbou antagonisty Ar.

pomocí radiační hybridní analýzy, Nagase et al. (1998) mapoval Gen AOF2 na chromozom 1.

Gross (2014) mapoval Gen KDM1A na chromozom 1p36. 12 na základě zarovnání sekvence KDM1A (GenBank BC048134) s genomovou sekvencí (GRCh37).

zpráva Nunez et al. (2008), což naznačuje, že 3-dimenzionální motoricky závislé interchromozomální interakce zahrnující LSD1 jsou nutné k dosažení zvýšené transkripce specifických cílových genů estrogen-receptor byl stažen.

Tunovic et al. (2014) hlásil pacienta s vývojovým zpožděním a výraznými rysy obličeje (CPRF; 616728), který nesl heterozygotní missense mutaci v genu KDM1A (Y785H; 609132.0001). Tento pacient také nesl in-frame 3-nukleotidovou deleci v genu ANKRD11, mutace, které způsobují syndrom KBG (148050), stejně jako malou duplikaci neznámého významu. Chong et al. (2016) hlásili 2 další pacienty s heterozygotními missense mutacemi v genu KDM1A (E403K, 609132.0002; D508G, 609132.0003). Všichni 3 pacienti měli rysy, které se překrývaly s rysy Kabukiho syndromu (147920). Žádná z variant nebyla nalezena ve více než 71.000 kontrolních exomech z veřejných a interních databází. Ačkoli Tunovic et al. (2014) považovali mutace u ANKRD11 i KDM1A zjištěné u jejich pacienta za ovlivňující fenotyp, Chong et al. (2016) nepovažoval mutaci ANKRD11 za patogenní, protože většina mutací v ANKRD11, které vedou k KBG syndromu, jsou mutace frameshift nebo nesmysl a ANKRD11 není vysoce konzervovaný a je vysoce polymorfní v obecné populaci. Tunovič et al. (2014) poznamenal, že gen KDM1A je v horních 2% evolučních omezených genů (tj., 2014).