Entrada OMIM – * 609132-LISINA DESMETILASA 1A; KDM1A

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La metilación de la histona H3 (véase 602810) la lis4 (H3K4) es una modificación epigenética importante implicada en la activación génica. Los residuos de di-y trimetilación de H3K4 (H3K4me2 y H3K4me3, respectivamente) marcan los sitios de inicio de transcripción de genes transcritos activamente, mientras que un alto nivel de monometilación de H3K4 (H3K4me1) se asocia con secuencias potenciadoras. KDM1A y KDM1B (613081) son desmetilasas de H3K4me1 y H3K4me2 y causan represión génica (resumen de Shao et al., 2014).

Mediante la secuenciación de clones obtenidos de una biblioteca de ADNc cerebral fraccionada de tamaño, Nagase et al. (1998) clonaron KDM1A, al que llamaron KIAA0601. La proteína deducida contiene 886 aminoácidos. La RT-PCR detectó la expresión de KDM1A en casi todos los tejidos analizados, con los niveles más altos en los riñones y los testículos. Se detectó poca o ninguna expresión en el páncreas y el bazo.

Shi et al. (2004) informaron que la proteína KDM1A, a la que llamaron LSD1, tiene un dominio de REMOLINO N-terminal, que se encuentra en las proteínas involucradas en la regulación de la cromatina, seguido de un motivo de unión al FAD y un dominio de amina oxidasa. Al buscar proteínas con dominios de amina oxidasa y SWIRM, identificaron a AOF1 (KDM1B) como una proteína similar a LSD1 humana, así como varias proteínas similares a LSD1 en C. elegans, Drosophila, Arabidopsis y S. pombe.

Hakimi et al. (2003) identificaron una familia de complejos corepresores multiproteicos que funcionan modificando la estructura de la cromatina para mantener los genes en silencio. La composición polipeptídica de estos complejos incluye un núcleo común de 2 subunidades, HDAC1 (601241)/HDAC2 (605164) y la proteína de unión al FAD AOF2, que los autores llamaron BHC110. Otras subunidades de estos complejos incluyen ZNF261 (300061), GTF2I (601679) y polipéptidos relacionados con translocaciones cromosómicas que causan cáncer.

Las modificaciones postraduccionales de las colas N-terminales de las histonas afectan la estructura de la cromatina y la transcripción de genes. Shi et al. (2004) señalaron que, si bien el grado de acetilación de histonas está determinado tanto por acetiltransferasas como por deacetilasas, no está claro si la metilación de histonas también está regulada por enzimas con actividades opuestas. Aportaron pruebas de que el LSD1, un homólogo nuclear de las aminas oxidasas, funciona como histona desmetilasa y correpresor transcripcional. LSD1 específicamente desmetilado H3K4, que está vinculado a la transcripción activa. La desmetilación de lisina se produjo a través de una reacción de oxidación que generó formaldehído. La inhibición de LSD1 por interferencia de ARN causó un aumento en la metilación de H3K4 y la derepressión concomitante de genes diana, lo que sugiere que el LSD1 reprime la transcripción a través de la desmetilación de histonas. Los resultados identificaron una histona desmetilasa conservada de S. pombe a humanos y revelaron una regulación dinámica de la metilación de histonas por parte de las histonas metilasas y desmetilasas.

Forneris et al. (2005) encontraron que la LSD1 humana recombinante se comportaba como una flavoenzima típica de la clase oxidorreductasa/oxidasa in vitro. El LSD1 catalizó la oxidación de 2 electrones de su sustrato y convirtió el oxígeno en peróxido de hidrógeno. Los aminoácidos 702-C-terminales del LSD1 contenían el sitio de desmetilación de histonas funcionales y el DCP estrechamente unido, lo que indica que los aminoácidos N-terminales no son cruciales para la actividad o la unión de cofactores. Forneris et al. (2005) señalaron que la generación de peróxido de hidrógeno en el entorno de la cromatina podría favorecer el daño oxidativo del ADN y podría ser perjudicial. Propusieron que la LSD1 podría no funcionar como una oxidasa in vivo y que otras moléculas distintas del oxígeno podrían funcionar como aceptores de electrones en las reacciones de desmetilación.

Shi et al. (2005) encontraron que el LSD1 humano recombinante era incapaz de desmetilar sustratos nucleosómicos, pero el LSD1 purificado a partir de células HeLa desmetilaba histonas independientemente de si los sustratos eran histonas a granel o histonas ensambladas en nucleosomas. Por espectrometría de masas y análisis de Western blot, encontraron que el LSD1 se asociaba con un complejo que contenía HDAC1, HDAC2, CTBP1 (602618), RCOR (607675), BHC80 (608325) y BRAF35 (HMG20B; 605535), entre otros. Dentro de este grupo, RCOR reguló positivamente la función de LSD1 in vitro, y BHC80 inhibió la desmetilación mediada por RCOR/LSD1. Los nucleosomas hiperacetilados fueron menos susceptibles a la desmetilación mediada por RCOR/LSD1, lo que sugiere que los nucleosomas hipoacetilados pueden ser los sustratos fisiológicos preferidos. Shi et al. (2005) propusieron que las histonas desacetilasas y la LSD1 podrían colaborar para generar un entorno de cromatina represivo.

Lee et al. (2005) mostraron que los complejos que contienen BHC110 mostraron un aumento de casi 5 veces en la desmetilación de la histona H3K4 en comparación con BHC110 recombinante. Además, el BHC110 recombinante no pudo desmetilar H3K4 en nucleosomas, pero los complejos que contenían BHC110 desmetilaron fácilmente los nucleosomas. La reconstitución in vitro del complejo BHC utilizando subunidades recombinantes reveló un papel esencial para el RESTO COREST (607675), no solo en estimular la desmetilación de las histonas centrales, sino también en promover la desmetilación de sustratos nucleosómicos. Lee et al. (2005) encontraron que la desmetilación nucleosómica era el resultado de CoREST mejorando la asociación entre BHC110 y nucleosomas. La depleción de CoREST en cultivos celulares in vivo dio lugar a una disminución de la expresión génica sensible al REPOSO y a un aumento de la metilación de H3K4. Tomados en conjunto, Lee et al. (2005) concluyeron que sus resultados destacan un papel esencial de CoREST en la desmetilación de H3K4 tanto in vitro como in vivo.

Metzger et al. (2005) mostraron que el LSD1 se colocaba con el receptor de andrógenos (AR; 313700) en la próstata humana normal y en el tumor de próstata. LSD1 interactuó con AR in vitro e in vivo y estimuló la transcripción dependiente de AR. Por el contrario, la reducción de los niveles de proteína LSD1 abrogó la activación transcripcional inducida por andrógenos y la proliferación celular. Los análisis de inmunoprecipitación de la cromatina demostraron que la AR y la LSD1 forman complejos asociados a la cromatina de forma dependiente de ligandos. El LSD1 alivia las marcas de histonas represivas mediante la desmetilación de la histona H3 en lisina – 9 (H3K9), lo que conduce a la derepressión de los genes diana de AR. Además, Metzger et al. (2005) identificaron a la pargilina como un inhibidor de LSD1. Pargilina bloquea la desmetilación de H3K9 por LSD1 y, en consecuencia, la transcripción dependiente de AR. Por lo tanto, la modulación de la actividad de LSD1 ofrece una estrategia para regular las funciones de RA. Metzger et al. (2005) vincularon la desmetilación de una marca de histona represiva con la activación génica dependiente de AR, proporcionando así un mecanismo por el cual las desmetilasas controlan la expresión génica específica.

Wang et al. (2007) informaron que la histona lisina desmetilasa LSD1, un componente del complejo Corest-CtBP (602618), es necesaria para la determinación tardía del linaje celular y la diferenciación durante la organogénesis hipofisaria. El LSD1 parece actuar principalmente en programas de activación de genes diana, así como en programas de represión de genes, sobre la base del reclutamiento de distintos complejos coactivadores o correpresores que contienen LSD1. Los programas de represión de genes dependientes de LSD1 se pueden extender tarde en el desarrollo con la expresión inducida de ZEB1 (189909), un represor tipo Kruppel que puede actuar como un faro molecular para el reclutamiento del complejo Corest-CtBP que contiene LSD1, causando la represión de una cohorte adicional de genes, como Gh (139250), que previamente requería LSD1 para su activación. Wang et al. (2007) concluyeron que los patrones temporales de expresión de componentes específicos de los complejos LSD1 modulan los programas reguladores de genes en muchos órganos de mamíferos.

Por ensayos de coinmunoprecipitación con células de ratón y humanas, Saleque et al. (2007) mostraron que LSD1, COREST, HDAC1 y HDAC2 interactuaban con GFI1 (600871) y GFI1B (604383) en complejos endógenos. El dominio de represión de enganches N-terminal de GFI1 y GFI1B fue requerido para su asociación con COREST y LSD1. El Gfi1b de ratón reclutó a estos cofactores para la mayoría de los promotores de genes diana in vivo. Inhibición de la diferenciación perturbada de Corest y Lsd1 de células eritroides, megacariocíticas y granulocíticas de ratón, así como progenitores eritroides primarios. El agotamiento de Lsd1 desvirtuó los objetivos de GFI en patrones específicos de linaje, acompañados de una metilación mejorada de H3 lys4 en los respectivos promotores. Saleque et al. (2007) concluyeron que los complejos GFI catalizan la modificación de histonas en serie de sus objetivos, lo que lleva a su silenciamiento gradual.

Huang et al. (2007) demostraron que en las células humanas la histona LSD1 desmetilasa específica de lisina interactúa con p53 (191170) para reprimir la activación transcripcional mediada por p53 e inhibir el papel de p53 en la promoción de la apoptosis. Encontraron que in vitro, el LSD1 elimina tanto la monometilación (K370me1) como la dimetilación (K370me2) en K370, un sitio de monometilación dependiente de Smyd2 (610663). Sin embargo, in vivo, la LSD1 mostró una fuerte preferencia por revertir la K370me2, que es realizada por una metiltransferasa distinta, pero desconocida. Huang et al. (2007) concluyeron que K370me2 tiene un papel diferente en la regulación de p53 del de K370me1: K370me1 reprime la función p53, mientras que K370me2 promueve la asociación con el coactivador 53BP1 (605230). Las observaciones de Huang et al. (2007) mostraron que el p53 está regulado dinámicamente por metilación y desmetilación de lisina y que el estado de metilación en un único residuo de lisina confiere una producción reguladora distinta.

Perillo et al. (2008) analizaron cómo la metilación de histonas H3 y la desmetilación controlan la expresión de genes con respuesta al estrógeno y mostraron que un receptor de estrógeno unido al ADN (ver ESRA; 133430) dirige la transcripción al participar en la flexión de la cromatina para entrar en contacto con la ARN polimerasa II (ver 180660) reclutada para el promotor. Este proceso es impulsado por la desmetilación dirigida al receptor de H3K9 (véase 601128) en los sitios potenciador y promotor y se logra mediante la activación de la desmetilasa LSD1 residente. La desmetilación localizada produce peróxido de hidrógeno, que modifica el ADN circundante y recluta 8-oxoguanina-ADN glicosilasa 1 (601982) y topoisomerasa II-beta (126431), desencadenando cambios conformacionales de cromatina y ADN que son esenciales para la transcripción inducida por estrógenos. Perillo et al. (2008) concluyeron que sus datos mostraban una estrategia que utiliza el daño y la reparación controlados del ADN para guiar la transcripción productiva.

Un complejo corepresor transcripcional que contiene LSD1, COREST y HDAC1 reprime la transcripción eliminando las modificaciones de histonas asociadas con la activación transcripcional. Gocke y Yu (2008) encontraron que ZNF198 (ZMYM2; 602221) y REST (600571) interactuaban con LSD1/COREST/HDAC1 de manera mutuamente excluyente en líneas celulares humanas. El ZNF198 era necesario para la represión de la E-cadherina (CDH1; 192090), pero no para los genes que responden al REPOSO. ZNF198 interactuó con la cromatina y estabilizó el complejo LSD1/COREST/HDAC1 en la cromatina. El dominio MYM de ZNF198 mediado por la interacción de ZNF198 con LSD1 / COREST / HDAC1. La sumoilación de HDAC1 por SUMO2 (603042) mejoró su unión a ZNF198 a través de un mecanismo no covalente, pero también debilitó la interacción entre HDAC1 y COREST.

Utilizando inmunoprecipitación de cromatina, PCR, coinmunoprecipitación y análisis de reportero, Liang et al. (2009) encontraron que la infección por los virus alfa-herpesvirus, el virus del herpes simple (VHS; véase 610551) y el virus de la varicela zóster (VVZ), dio lugar a una rápida acumulación de cromatina con metilación de histona represiva H3 lys9 (H3K9). La expresión de genes virales tempranos inmediatos (IE) requirió el factor 1 de la célula huésped (HCF1, o HCFC1; 300019) para reclutar LSD1 en promotores virales tempranos inmediatos. El agotamiento de LSD1 o la inhibición dosis-dependiente de LSD1 con inhibidores de la monoaminooxidasa (IMAO) dio lugar a la acumulación de cromatina represiva y un bloqueo de la expresión génica viral. HCF1, junto con SET1 (SETD1A; 611052) y MLL1 (159555), coordinaron la modulación de los niveles de metilación represiva de H3K9 con la adición de marcas de trimetilación activadoras de H3K4. Liang et al. (2009) concluyeron que el LSD1 previene la acumulación de metilación H3K9 y permite la infección productiva por ambos virus alfa-herpesvirus. Propusieron que la dependencia de los patógenos virales de la maquinaria de la cromatina de la célula huésped resalta una posible intervención terapéutica, y que atacar el LSD1 con IMAO ampliamente utilizado puede prevenir la latencia viral y la reactivación.

Wang et al. (2009) demostraron que la LSD1 es necesaria para la gastrulación durante la embriogénesis de ratones. En particular, la deleción dirigida del gen que codifica el LSD1 en las células madre embrionarias induce una pérdida progresiva de metilación del ADN. Esta pérdida se correlaciona con una disminución de la proteína ADN metiltransferasa-1 (DNMT1; 126375), como resultado de la estabilidad reducida de Dnmt1. La proteína Dnmt1 se metila in vivo, y su metilación se mejora en ausencia de LSD1. Además, el Dnmt1 puede ser metilado por Set7 / 9 (también conocido como KMT7, 606594) y desmetilado por LSD1 in vitro. Wang et al. (2009) concluyeron que el LSD1 desmetila y estabiliza el Dnmt1, proporcionando así un vínculo mecánico previamente desconocido entre los sistemas de metilación de histonas y ADN.

Utilizando células de eritroleucemia MEL humana K562 y de ratón y células de leucemia de células T Jurkat humanas, Hu et al. (2009) mostraron que el factor de transcripción TAL1 (187040) interactuaba directamente con LSD1 en 2 complejos proteicos distintos que contenían HDAC1. El LSD1 inhibió la actividad reportadora mediada por el TAL1 de forma dependiente de la dosis, y esta inhibición requirió el dominio de histona desmetilasa del LSD1. Tal1 asociado a la actividad de Lsd1 y desmetilasa en células MEL indiferenciadas, pero no durante el período en que las células MEL se comprometieron a la diferenciación. La asociación de Tal1 con el complejo Lsd1 se recuperó durante las últimas etapas de diferenciación. Tal1 enlazó 2 motivos de GATA de caja electrónica en el promotor proximal del gen que codifica para la proteína de membrana eritroide P4.2 (EPB42; 177070) y apuntó Lsd1 al promotor P4.2. El objetivo de Lsd1 al promotor P4.2 se correlacionó con la metilación de H3K4 en el promotor P4.2. Tras la diferenciación, el Lsd1 se disoció del promotor, permitiendo la transcripción P4.2 mediada por Tal1. El derribo de Lsd1 a través del ARN de horquilla corta en las células MEL resultó en un aumento de la expresión de P4.2 y Gata2 (137295) y un aumento de H3K4 dimetilado en el promotor P4.2. Hu et al. (2009) concluyeron que la actividad de la histona desmetilasa H3K4 de la LSD1 es en parte responsable de la actividad represiva de TAL1 y restringe la función de TAL1 en la hematopoyesis.

Metzger et al. (2010) demostraron que la fosforilación de la histona H3 (601128) en treonina-6 (H3T6) por la proteína quinasa C (PKC)-beta-1 (176970) es el evento clave que impide que la LSD1 desmetile H3K4 durante la activación génica dependiente del receptor de andrógenos (AR; 313700). In vitro, los péptidos de histona H3 metilados en lisina-4 y fosforilados en treonina-6 ya no eran sustratos de LSD1. In vivo, PKC-beta-1 se colocalizó con AR y LSD1 en promotores de genes diana y fosforiló H3T6 después de la expresión génica inducida por andrógenos. Reducción mediada por ARNi de la fosforilación abrogada de PKC-beta-1 H3T6, desmetilación mejorada en H3K4 e inhibición de la transcripción dependiente de AR. La activación de PKCB1 requiere el reclutamiento dependiente de andrógenos de la quinasa protectora quinasa quinasa relacionada con la proteína C quinasa 1 (PRK1; 601032). En particular, el aumento de los niveles de PKCB1 y H3T6 fosforilado (H3T6ph) se correlacionó positivamente con puntuaciones altas de Gleason de carcinomas de próstata, y la inhibición de la proliferación de células tumorales inducidas por la RA bloqueada por PKC-beta-1 in vitro y la progresión del cáncer de xenoinjertos tumorales in vivo. Juntos, Metzger et al. (2010) concluyeron que la señalización de quinasas dependientes de andrógenos conduce a la escritura de la nueva marca de cromatina H3T6ph, que en consecuencia impide la eliminación de marcas metilo activas de H3K4 durante la expresión génica estimulada por AR.

Whyte et al. (2012) demostraron que la histona desmetilasa LSD1, que desmetila la histona H3 en lys4 o lys9 (H3K4/K9), es esencial para el desmantelamiento de potenciadores durante la diferenciación de células madre embrionarias de ratón (ESC). El LSD1 ocupa potenciadores de genes activos que son críticos para el control del estado de las ESC. Sin embargo, el LSD1 no es esencial para el mantenimiento de la identidad de los CES. En cambio, los ESC que carecen de actividad de LSD1 no logran diferenciarse por completo, y los potenciadores específicos de ESC no experimentan los eventos de desmetilación de histonas asociados con la diferenciación. En potenciadores activos, el LSD1 es un componente del complejo NuRD (remodelación de nucleosomas e histona deacetilasa), que contiene subunidades adicionales que son necesarias para la diferenciación de ESC. Whyte et al. (2012) propusieron que el complejo LSD1-NuRD potenciara la desactivación del programa de pluripotencia durante la diferenciación, lo que es esencial para el cierre completo del programa de expresión génica ESC y la transición a nuevos estados celulares.

Shao et al. (2014) examinaron los cambios de H3K4me y sus reguladores clave en ovocitos de ratón y embriones de preimplantación. Observaron niveles aumentados de H3K4me2 y H3K4me3 en las etapas de 1 a 2 células, correspondientes al período de activación del genoma embrionario. El nivel de H3K4me2 disminuyó drásticamente en la etapa de 4 células y permaneció bajo hasta la etapa de blastocitos. En contraste, el nivel de H3K4me3 disminuyó transitoriamente en embriones de 4 células, pero aumentó constantemente hasta alcanzar su pico en blastocistos. La PCR cuantitativa en tiempo real y los análisis de inmunofluorescencia mostraron que el alto nivel de H3K4me2 durante la activación del genoma embrionario coincidió con la expresión máxima de su metiltransferasa, Ash2l (604782), y una disminución concomitante de sus desmetilasas, Kdm5b (605393) y Kdm1a. H3K4me3 se correlacionó con la expresión de su metiltransferasa, Kmt2b (606834), y desmetilasa, Kdm5a (180202). Shao et al. (2014) propusieron que estas enzimas funcionan en la activación del genoma embrionario y la segregación del primer linaje en embriones de ratón preimplantación.

Utilizando un ensayo de secuenciación de inmunoprecipitación con cromatina, Gao et al. (2020) mostraron que el LSD1 interactuaba con FOXA1 (602294) y marcas de potenciadores activos en células cancerosas de próstata humana y que la inhibición del LSD1 interrumpía la unión global de la cromatina de FOXA1. El LSD1 regula positivamente la unión a la cromatina de FOXA1 desmetilando K270 de FOXA1. A través de este mecanismo, el LSD1 mantuvo la accesibilidad del potenciador a la AR y reguló la unión de cromatina AR y la salida transcripcional. Los inhibidores de Lsd1 reprimieron el crecimiento de tumores de xenoinjerto en ratones castrados bloqueando la desmetilación de Foxa1 K270. Un análisis posterior indicó que la eficacia de los inhibidores de la Lsd1 en la supresión tumoral se correlacionaba con los niveles de expresión de Foxa1 y que los inhibidores de la Lsd1 actuaban en sinergia con el tratamiento con antagonistas de la Ra.

Por análisis de radiación híbrida, Nagase et al. (1998) mapeó el gen AOF2 al cromosoma 1.

Gross (2014) mapeó el gen KDM1A al cromosoma 1p36.12 basándose en una alineación de la secuencia KDM1A (GenBank BC048134) con la secuencia genómica (GRCh37).

Un informe por Núñez et al. (2008), que indica que se requieren interacciones intertransomales dependientes de motores tridimensionales que involucran LSD1 para lograr una mejor transcripción de genes diana de receptores de estrógeno específicos, se retractó.

Tunovic et al. (2014) informaron de un paciente con retraso en el desarrollo y rasgos faciales distintivos (CPRF; 616728) que portaba una mutación heterocigótica sin sentido en el gen KDM1A (Y785H; 609132.0001). Este paciente también portaba una deleción de 3 nucleótidos en el gen ANKRD11, mutaciones que causan el síndrome de KBG (148050), así como una pequeña duplicación de significado desconocido. Chong et al. (2016) notificaron 2 pacientes adicionales con mutaciones heterocigotas sin sentido en el gen KDM1A (E403K, 609132,0002; D508G, 609132,0003). Los 3 pacientes tenían características que coincidían con las del síndrome de Kabuki (147920). Ninguna de las variantes se encontró en más de 71.000 exomas de control de bases de datos públicas e internas. Aunque Tunovic et al. (2014) consideraron que las mutaciones en ANKRD11 y KDM1A encontradas en su paciente habían influido en el fenotipo, Chong et al. (2016) no consideraron la mutación ANKRD11 patógena, ya que la mayoría de las mutaciones en ANKRD11 que resultan en el síndrome de KBG son mutaciones de desplazamiento de marco o sin sentido, y ANKRD11 no está muy conservado y es altamente polimórfico en la población general. Tunovic et al. (2014) observaron que el gen KDM1A se encuentra en el 2% superior de los genes con limitaciones evolutivas (es decir, los genes que son intolerantes a la variación funcional) (Samocha et al., 2014).