Omim Entry – * 609132-LYSINDEMETHYLASE 1a; KDM1A

tekst

methylering af histon H3 (se 602810) lys4 (H3K4) er en vigtig epigenetisk modifikation involveret i genaktivering. H3k4 di – og trimethylering (h3k4me2 og h3k4me3, henholdsvis) rester markerer transkriptionsstartstederne for aktivt transkriberede gener, hvorimod et højt niveau af h3k4 monomethylering (H3K4me1) er forbundet med forstærkersekvenser. KDM1A og KDM1B (613081) er demethylaser af H3K4me1 og H3K4me2 og forårsager genundertrykkelse (sammendrag af Shao et al., 2014).

ved sekventering af kloner opnået fra et størrelsesfraktioneret cDNA-bibliotek i hjernen, Nagase et al. (1998) klonet KDM1A, som de kaldte KIAA0601. Det udledte protein indeholder 886 aminosyrer. RT-PCR detekterede ekspression af KDM1A i næsten alle testede væv med højeste niveauer i nyre og testis. Lidt eller intet udtryk blev påvist i bugspytkirtlen og milten.

Shi et al. (2004) rapporterede, at kdm1a-proteinet, som de kaldte LSD1, har et N-terminal HVIRVELDOMÆNE, som findes i proteiner involveret i kromatinregulering efterfulgt af et FAD-bindende motiv og et aminoksidasedomæne. Ved at søge efter proteiner med både aminoksidase og HVIRVELDOMÆNER identificerede de AOF1 (KDM1B) som et humant lsd1-lignende protein samt flere LSD1-lignende proteiner i C. elegans, Drosophila, Arabidopsis og S. pombe.

Hakimi et al. (2003) identificerede en familie af multiproteinkorepressor-komplekser, der fungerer ved at modificere kromatinstruktur for at holde gener tavse. Polypeptidsammensætningen af disse komplekser indbefatter en fælles kerne af 2 underenheder, HDAC1 (601241)/HDAC2 (605164) og det FAD-bindende protein aof2, som forfatterne kaldte BHC110. Andre underenheder af disse komplekser inkluderer NNF261 (300061), GTF2I (601679) og polypeptider forbundet med kræftfremkaldende kromosomale translokationer.

posttranslationelle modifikationer af histon N-terminale haler påvirker kromatinstruktur og gentranskription. Shi et al. (2004) bemærkede, at mens omfanget af histonacetylering bestemmes af både acetyltransferaser og deacetylaser, har det været uklart, om histonmethylering også reguleres af modsatrettede aktiviteter. De fremlagde beviser for, at LSD1, en nuklear homolog af aminoksidaser, fungerer som en histondemethylase og transkriptionel corepressor. Lsd1 specifikt demethyleret H3K4, som er knyttet til aktiv transkription. Lysindemethylering forekom via en iltning reaktion, der genererede formaldehyd. Inhibering af LSD1 ved RNA-interferens forårsagede en stigning i h3k4-methylering og samtidig derepression af målgener, hvilket antyder, at LSD1 undertrykker transkription via histondemethylering. Resultaterne identificerede således en histondemethylase konserveret fra S. pombe til human og afslørede dynamisk regulering af histonmethylering af både histonmethylaser og demethylaser.

Forneris et al. (2005) fandt ud af, at rekombinant human lsd1 opførte sig som et typisk smagsstof af klassen in vitro. LSD1 katalyserede 2-elektronens iltning af substratet og omdannede ilt til brintoverilte. De C-terminale 702-aminosyrer i LSD1 indeholdt det funktionelle histondemethyleringssted og tæt bundet FAD, hvilket indikerer, at de N-terminale aminosyrer ikke er afgørende for aktivitet eller cofaktorbinding. Forneris et al. (2005) bemærkede, at generering af brintoverilte i kromatinmiljøet kan favorisere oksidativ skade på DNA og kan være skadelig. De foreslog, at LSD1 muligvis ikke fungerer som en iltase in vivo, og at andre molekyler end ilt kan fungere som elektronacceptorer i demethyleringsreaktionerne.

Shi et al. (2005) fandt ud af, at rekombinant human lsd1 ikke var i stand til at demethylere nukleosomale substrater, men LSD1 oprenset fra HeLa-celler demethylerede histoner uanset om substraterne var bulkhistoner eller histoner samlet i nukleosomer. Ved massespektrometri og vestlig blot-analyse fandt de, at LSD1 var forbundet med et kompleks indeholdende HDAC1, HDAC2, CTBP1 (602618), RCOR (607675), BHC80 (608325) og BRAF35 (HMG20B; 605535), blandt andre. Inden for denne gruppe regulerede RCOR positivt LSD1-funktion in vitro, og BHC80 hæmmede RCOR/LSD1-medieret demethylering. Hyperacetylerede nukleosomer var mindre modtagelige for RCOR/LSD1-medieret demethylering, hvilket antyder, at hypoacetylerede nukleosomer kan være de foretrukne fysiologiske substrater. Shi et al. (2005) foreslog, at histondeacetylaser og LSD1 kan samarbejde om at generere et undertrykkende kromatinmiljø.

Lee et al. (2005) viste, at BHC110-holdige komplekser viste en næsten 5 gange stigning i demethylering af histon H3K4 sammenlignet med rekombinant BHC110. Desuden var rekombinant BHC110 ude af stand til at demethylere H3K4 på nukleosomer, men BHC110-holdige komplekser let demethylerede nukleosomer. In vitro rekonstitution af BHC-komplekset ved anvendelse af rekombinante underenheder afslørede en væsentlig rolle for REST corepressor CoREST (607675), ikke kun i stimulering af demethylering på kernehistoner, men også fremme af demethylering af nukleosomale substrater. Lee et al. (2005) fandt ud af, at nukleosomal demethylering var resultatet af CoREST, der forbedrede sammenhængen mellem BHC110 og nukleosomer. Udtømning af CoREST i In vivo cellekultur resulterede i derepression af hvile-responsiv genekspression og øget methylering af H3K4. Taget sammen, Lee et al. (2005) konkluderede, at deres resultater fremhæver en væsentlig rolle for CoREST i demethylering af H3K4 både in vitro og in vivo.

Metger et al. (2005) viste, at LSD1 kolokaliseret med androgenreceptoren (AR; 313700) i normal human prostata og prostatatumor. LSD1 interagerede med AR in vitro og in vivo og stimulerede AR-afhængig transkription. Omvendt ophævede nedbrydning af lsd1-proteinniveauer androgeninduceret transkriptionel aktivering og celleproliferation. Kromatinimmunudfældning analyser viste, at AR og LSD1 danner kromatin-associerede komplekser på en ligandafhængig måde. LSD1 lindrer undertrykkende histonmærker ved demethylering af histon H3 ved lysin-9 (H3K9), hvilket fører til derepression af AR-målgener. Desuden, Metger et al. (2005) identificerede pargylin som en hæmmer af LSD1. Pargylin blokerer demethylering af H3K9 ved LSD1 og følgelig AR-afhængig transkription. Modulering af lsd1-aktivitet tilbyder således en strategi til regulering af AR-funktioner. Et al. (2005) forbundet demethylering af et undertrykkende histonmærke med AR-afhængig genaktivering, hvilket tilvejebringer en mekanisme, hvormed demethylaser styrer specifik genekspression.

Vang et al. (2007) rapporterede, at histonlysindemethylase LSD1, en komponent i CoREST-CtBP (602618) corepressor kompleks, er påkrævet til bestemmelse og differentiering af sen cellelinie under hypofyseorganogenese. LSD1 ser ud til at virke primært på målgenaktiveringsprogrammer såvel som i genundertrykkelsesprogrammer på basis af rekruttering af forskellige lsd1-holdige coactivator-eller corepressor-komplekser. Lsd1-afhængige genundertrykkelsesprogrammer kan udvides sent i udviklingen med induceret ekspression af SEB1 (189909), en Kruppel-lignende repressor, der kan fungere som et molekylært fyrtårn til rekruttering af det Lsd1-holdige CoREST-CtBP corepressor kompleks, hvilket forårsager undertrykkelse af en yderligere kohorte af gener, såsom Gh (139250), som tidligere krævede LSD1 til aktivering. Et al. (2007) konkluderede, at tidsmæssige ekspressionsmønstre for specifikke komponenter i LSD1-komplekser modulerer genreguleringsprogrammer i mange pattedyrorganer.

af coimmunopræcipitation assays med mus og humane celler, Salek et al. (2007) viste, at LSD1, COREST, HDAC1 og HDAC2 interagerede med både GFI1 (600871) og GFI1B (604383) i endogene komplekser. Det N-terminale undertrykkelsesdomæne for GFI1 og GFI1B var påkrævet for deres tilknytning til COREST og LSD1. Mus Gfi1b rekrutterede disse cofaktorer til størstedelen af målgenpromotorer in vivo. Hæmning af Corest og Lsd1 forstyrrede differentieringen af erythroide, megakaryocytiske og granulocytiske celler fra mus såvel som primære erythroide stamceller. Lsd1 depletion derepressed GFI mål i afstamningsspecifikke mønstre ledsaget af forbedret H3 lys4-methylering hos de respektive promotorer. Et al. (2007) konkluderede, at GFI-komplekser katalyserer seriel histonmodifikation af deres mål, hvilket fører til deres graderede lyddæmpning.

Huang et al. (2007) viste, at histonlysin-specifik demethylase LSD1 i humane celler interagerer med p53 (191170) for at undertrykke p53-medieret transkriptionsaktivering og for at hæmme p53 ‘ s rolle i fremme af apoptose. De fandt, at lsd1 in vitro fjerner både monomethylering (K370me1) og dimethylering (K370me2) ved K370, et Smyd2 (610663)-afhængigt monomethyleringssted. In vivo viste LSD1 imidlertid en stærk præference for at vende K370me2, som udføres af en tydelig, men ukendt, methyltransferase. Huang et al. (2007) konkluderede, at K370me2 har en anden rolle i reguleringen af p53 end K370me1: K370me1 undertrykker p53-funktionen, mens K370me2 fremmer tilknytning til coactivator 53bp1 (605230). Observationer af Huang et al. (2007) viste, at p53 reguleres dynamisk af lysinmethylering og demethylering, og at methyleringsstatus ved en enkelt lysinrest giver særskilt regulatorisk output.

Perillo et al. (2008) analyserede, hvordan H3-histonmethylering og demethyleringskontrolekspression af østrogenresponsive gener og viste, at en DNA-bundet østrogenreceptor (se ESRA; 133430) dirigerer transkription ved at deltage i bøjning af chromatin for at kontakte RNA-polymerasen II (se 180660) rekrutteret til promotoren. Denne proces drives af receptormålrettet demethylering af H3K9 (se 601128) på både forstærker-og promotorsteder og opnås ved aktivering af resident LSD1-demethylase. Lokaliseret demethylering producerer brintoverilte, som modificerer det omgivende DNA og rekrutterer 8-oksoguanin-DNA glycosylase 1 (601982) og topoisomerase II-beta (126431), der udløser kromatin-og DNA-konformationsændringer, der er essentielle for østrogeninduceret transkription. Perillo et al. (2008) konkluderede, at deres data viste en strategi, der bruger kontrolleret DNA-skade og reparation til at styre produktiv transkription.

et transkriptionelt corepressor-kompleks indeholdende LSD1, COREST og HDAC1 undertrykker transkription ved at fjerne histonmodifikationer forbundet med transkriptionel aktivering. Gocke og Yu (2008) fandt ud af, at NNF198 (SMYM2; 602221) og REST (600571) interagerede med LSD1/COREST/HDAC1 på en gensidigt eksklusiv måde i humane cellelinjer. 198 var påkrævet til undertrykkelse af E-cadherin (CDH1; 192090), men ikke hvile-responsive gener. 198 interagerede med kromatin og stabiliserede lsd1/COREST / HDAC1-komplekset på kromatin. MYM-domænet for NNF198 medieret interaktion mellem NNF198 og LSD1/COREST/HDAC1. Sumoylering af HDAC1 ved SUMO2 (603042) forbedrede sin binding til 198 via en ikke-kovalent mekanisme, men det svækkede også interaktionen mellem HDAC1 og COREST.

brug af kromatinimmunudfældning, PCR, coimmunudfældning og reporteranalyser, Liang et al. (2009) fandt ud af, at infektion med alfa-herpesvirus, herpesvirus (HSV; se 610551) og varicella-dyrevirus (VV) resulterede i hurtig ophobning af kromatinbærende undertrykkende histon H3 lys9 (H3K9) methylering. Ekspression af virale øjeblikkelige tidlige (IE) gener krævede værtscellefaktor-1 (HCF1 eller HCFC1; 300019) for at rekruttere LSD1 til virale øjeblikkelige tidlige promotorer. Depletion af LSD1 eller dosisafhængig inhibering af LSD1 med MAO-hæmmere (MAO-hæmmere) resulterede i akkumulering af undertrykkende kromatin og en blokering for viral genekspression. HCF1, sammen med SET1 (SETD1A; 611052) og MLL1 (159555), koordineret modulering af undertrykkende h3k9-methyleringsniveauer med tilsætning af aktiverende h3k4-trimethyleringsmærker. Liang et al. (2009) konkluderede, at LSD1 forhindrer akkumulering af h3k9-methylering og tillader produktiv infektion med begge alfa-herpesvirus. De foreslog, at afhængigheden af virale patogener på værtscellekromatinmaskinen fremhæver en potentiel terapeutisk intervention, og at målretning mod LSD1 med vidt anvendte MAO-hæmmere kan forhindre viral latenstid og reaktivering.

Vang et al. (2009) viste, at LSD1 er påkrævet til gastrulation under museembryogenese. Især inducerer målrettet deletion af genet, der koder for LSD1 i embryonale stamceller, progressivt tab af DNA-methylering. Dette tab korrelerer med et fald i DNA-methyltransferase-1 (DNMT1; 126375) protein som et resultat af reduceret Dnmt1-stabilitet. Dnmt1-protein methyleres in vivo, og dets methylering forbedres i fravær af LSD1. Desuden kan Dnmt1 methyleres med Set7 / 9 (også kendt som KMT7, 606594) og demethyleres af LSD1 in vitro. Et al. (2009) konkluderede, at LSD1 demethylerer og stabiliserer Dnmt1, hvilket giver en tidligere ukendt mekanistisk forbindelse mellem histon-og DNA-methyleringssystemerne.

brug af humane k562 og mus MEL erythroleukemia celler og humane Jurkat T-celle leukæmiceller, Hu et al. (2009) viste, at transkriptionsfaktoren TAL1 (187040) interagerede direkte med LSD1 i 2 forskellige HDAC1-holdige proteinkomplekser. LSD1 hæmmede TAL1-medieret reporteraktivitet på en dosisafhængig måde, og denne hæmning krævede histondemethylase-domænet for lsd1. Tal1 associeret med lsd1 og demethylaseaktivitet i udifferentierede MEL-celler, men ikke i den periode, hvor MEL-celler blev forpligtet til differentiering. Forening af Tal1 med lsd1-komplekset blev genvundet i sene stadier af differentiering. Tal1 bundet 2 e-Boks GATA-motiver i den proksimale promotor af genet, der koder for erythroidmembranprotein P4.2 (EPB42; 177070) og målrettet Lsd1 til P4.2-promotoren. Målretning af Lsd1 til P4.2-promotoren korreleret med h3k4-methylering ved P4.2-promotoren. Efter differentiering, lsd1 adskilt fra promotoren, tillader Tal1-medieret P4.2 transkription. Nedbrydning af Lsd1 via kort hårnål RNA i MEL-celler resulterede i øget ekspression af P4.2 og Gata2 (137295) og en stigning i dimethyleret H3K4 ved P4.2-promotoren. Hu et al. (2009) konkluderede, at h3k4-histondemethylaseaktiviteten af LSD1 er delvis ansvarlig for den undertrykkende aktivitet af TAL1 og begrænser TAL1-funktionen i hæmatopoiesis.

Metger et al. (2010) viste, at phosphorylering af histon H3 (601128) ved threonin-6 (H3T6) ved proteinkinase C (PKC)-beta-1 (176970) er den vigtigste begivenhed, der forhindrer LSD1 i at demethylere H3K4 under androgenreceptor (AR; 313700)-afhængig genaktivering. In vitro var histon H3-peptider methyleret ved lysin-4 og phosphoryleret ved threonin-6 ikke længere lsd1-substrater. In vivo kolokaliseres PKC-beta-1 med AR og LSD1 på målgenpromotorer og phosphoryleret H3T6 efter androgeninduceret genekspression. RNAi-medieret nedbrydning af PKC-beta-1 ophævet h3t6-phosphorylering, forbedret demethylering ved H3K4 og hæmmet AR-afhængig transkription. Aktivering af PKCB1 kræver androgenafhængig rekruttering af gatekeeper kinase proteinkinase C-relateret kinase 1 (PRK1; 601032). Især øgede niveauer af PKCB1 og phosphoryleret H3T6 (H3T6ph) korrelerede positivt med høje Gleason-scoringer af prostatacarcinomer og inhibering af PKC-beta-1 blokeret AR-induceret tumorcelleproliferation in vitro og kræftprogression af tumorkønstransplantater in vivo. Sammen, Metsger et al. (2010) konkluderede, at androgenafhængig kinasesignalering fører til skrivning af det nye kromatinmærke H3T6ph, hvilket følgelig forhindrer fjernelse af aktive methylmærker fra H3K4 under AR-stimuleret genekspression.

hvorfor et al. (2012) viste, at histondemethylase LSD1, som demethylerer histon H3 på lys4 eller lys9 (H3K4/K9), er afgørende for nedlukningsforstærkere under differentieringen af musembryonale stamceller (ESC). LSD1 indtager forstærkere af aktive gener, der er kritiske for kontrol af tilstanden af ESC ‘ er. LSD1 er imidlertid ikke afgørende for opretholdelsen af ESC-identitet. I stedet undlader ESC ‘ er, der mangler lsd1-aktivitet, at differentiere fuldt ud, og ESC-specifikke forstærkere undlader at gennemgå histondemethyleringshændelserne forbundet med differentiering. På aktive forstærkere, LSD1 er en komponent i nurd (nukleosomomdannelse og histondeacetylase) kompleks, som indeholder yderligere underenheder, der er nødvendige for ESC-differentiering. Hvorfor et al. (2012) foreslog, at lsd1-NuRD-komplekse dekommissionsforstærkere af pluripotency-programmet under differentiering, hvilket er afgørende for fuldstændig nedlukning af ESC-genekspressionsprogrammet og overgangen til nye celletilstande.

Shao et al. (2014) undersøgte ændringerne af H3K4me og dets vigtigste regulatorer i Muse-oocytter og præimplantationsembryoner. De observerede øgede niveauer af H3K4me2 og H3K4me3 i 1 – til 2-celletrinnene svarende til perioden med embryonal genomaktivering. H3k4me2-niveauet faldt dramatisk i 4-celletrinnet og forblev lavt indtil blastocyststadiet. I modsætning hertil faldt h3k4me3-niveauet forbigående i 4-celleembryoner, men steg støt til toppen i blastocyster. Kvantitative realtids-PCR-og immunofluorescensanalyser viste, at det høje niveau af H3K4me2 under embryonal genomaktivering faldt sammen med topekspression af dets methyltransferase, Ash2l (604782) og et samtidig fald i dets demethylaser, Kdm5b (605393) og Kdm1a. H3K4me3 korreleret med ekspression af dets methyltransferase, Kmt2b (606834) og Demethylase, Kdm5a (C) 180202). Shao et al. (2014) foreslog, at disse funktioner fungerer i embryonal genomaktivering og første slægtssegregering i præimplantationsmusembryoner.

anvendelse af et kromatin-immunudfældning-sekventeringsassay, Gao et al. (2020) viste, at LSD1 interagerede med RÆVE1 (602294) og aktive forstærkningsmærker i humane prostatacancerceller, og at lsd1-hæmning forstyrrede den globale RÆVE1-kromatinbinding. LSD1 positivt reguleret RÆVA1 kromatinbinding ved demethylering K270 af RÆVA1. Gennem denne mekanisme opretholdt LSD1 enhancer tilgængelighed til AR og reguleret AR-kromatinbinding og transkriptionel output. Lsd1-hæmmere undertrykte tumorvækst i kastrerede mus ved at blokere Ræv1 K270-demethylering. Yderligere analyse antydede, at effekten af lsd1-hæmmere på tumorundertrykkelse korrelerede med ekspressionsniveauer af Ræv1, og at Lsd1-hæmmere virkede i synergi med Ar-antagonistbehandling.

ved strålingshybrid analyse, Nagase et al. (1998) kortlagde aof2-genet til kromosom 1.

Gross (2014) kortlagde KDM1A-genet til kromosom 1p36.12 baseret på en justering af KDM1A-sekvensen (GenBank BC048134) med den genomiske sekvens (GRCh37).

en rapport af Nunes et al. (2008) hvilket indikerer, at 3-dimensionelle motorafhængige interkromosomale interaktioner, der involverer LSD1, er nødvendige for at opnå forbedret transkription af specifikke østrogenreceptormålgener blev trukket tilbage.

Tunovic et al. (2014) rapporterede en patient med udviklingsforsinkelse og karakteristiske ansigtsegenskaber (CPRF; 616728), der bar en heterosyg missense-mutation i KDM1A-genet (Y785H; 609132.0001). Denne patient bar også en in-frame 3-nukleotid-deletion i ANKRD11-genet, mutationer, der forårsager KBG-syndrom (148050), såvel som en lille duplikering af ukendt betydning. Chong et al. (2016) rapporterede yderligere 2 patienter med heterosygøse missense-mutationer i KDM1A-genet (E403K, 609132.0002; D508G, 609132.0003). Alle 3 patienter havde funktioner, der overlappede med dem af Kabuki syndrom (147920). Ingen af varianterne blev fundet i over 71.000 kontroleksomer fra offentlige og interne databaser. Selvom Tunovic et al. (2014) overvejede mutationerne i både ANKRD11 og KDM1A fundet hos deres patient at have påvirket fænotypen, Chong et al. (2016) overvejede ikke ANKRD11-mutationen patogen, da de fleste mutationer i ANKRD11, der resulterer i KBG-syndrom, er frameshift eller nonsensmutationer, og ANKRD11 er ikke stærkt konserveret og er meget polymorf i den generelle befolkning. Tunovic et al. (2014) bemærkede, at KDM1A-genet er i top 2% af evolutionære begrænsede gener (dvs.gener, der er intolerante over for funktionel variation) (Samocha et al., 2014).