Pozycja OMIM – * 609132-DEMETYLAZA lizyny 1A; KDM1A

tekst

metylacja histonu H3 (patrz 602810) lys4 (H3K4) jest ważną modyfikacją epigenetyczną biorącą udział w aktywacji genów. Di-i trimetylacja h3k4 (odpowiednio h3k4me2 i h3k4me3) oznaczają miejsca rozpoczęcia transkrypcji aktywnie transkrybowanych genów, podczas gdy wysoki poziom monometylacji h3k4 (h3k4me1) jest związany z sekwencjami wzmacniającymi. KDM1A i kdm1b (613081) są demetylazami H3K4me1 i h3k4me2 i powodują represję genów (podsumowanie przez Shao et al., 2014).

poprzez sekwencjonowanie klonów uzyskanych z biblioteki cDNA mózgu o frakcjonowanej wielkości, Nagase et al. (1998) sklonowany KDM1A, który nazwali KIAA0601. Białko zawiera 886 aminokwasów. RT-PCR wykrył ekspresję KDM1A w prawie wszystkich badanych tkankach, z najwyższymi poziomami w nerkach i jądrach. W trzustce i śledzionie wykryto niewielką ekspresję lub jej brak.

(2004) poinformował, że białko KDM1A, które nazwali LSD1, ma N-końcową domenę SWIRM, która znajduje się w białkach zaangażowanych w regulację chromatyny, a następnie motyw wiązania FAD i domenę oksydazy aminowej. Szukając białek z oksydazą aminową i domenami SWIRM, zidentyfikowali aof1 (KDM1B) jako ludzkie białko podobne do lsd1, a także kilka białek podobnych do lsd1 U C. elegans, Drosophila, Arabidopsis i S. pombe.

Hakimi i in. (2003) zidentyfikował rodzinę wieloproteinowych kompleksów korepresyjnych, które funkcjonują poprzez modyfikację struktury chromatyny w celu utrzymania milczenia genów. Skład polipeptydowy tych kompleksów obejmuje wspólny rdzeń 2 podjednostek, HDAC1 (601241)/HDAC2 (605164) i białko wiążące FAD AOF2, które autorzy nazwali BHC110. Inne podjednostki tych kompleksów obejmują ZNF261 (300061), GTF2I (601679) i polipeptydy związane z rakotwórczymi translokacjami chromosomów.

Posttranslacyjne modyfikacje histonowych N-końcowych ogonów wpływają na strukturę chromatyny i transkrypcję genów. Shi i in. (2004) zauważył, że chociaż stopień acetylacji histonów jest określany zarówno przez acetylotransferazy, jak i deacetylazy, nie jest jasne, czy metylacja histonów jest również regulowana przez enzymy o przeciwstawnej aktywności. Dostarczyły one dowodów na to, że lsd1, homolog jądrowy oksydaz aminowych, działa jako demetylaza histonowa i korepresor transkrypcyjny. Lsd1 specjalnie demetylowany H3K4, który jest związany z aktywną transkrypcją. Demetylacja lizyny nastąpiła w reakcji utleniania, która wytworzyła formaldehyd. Hamowanie lsd1 przez interferencję RNA spowodowało wzrost metylacji H3K4 i równoczesną derepresję genów docelowych, co sugeruje, że lsd1 hamuje transkrypcję poprzez demetylację histonów. Wyniki te zidentyfikowały demetylazę histonową zachowywaną od S. pombe do ludzkiej i ujawniły dynamiczną regulację metylacji histonów zarówno przez metylazy histonowe, jak i demetylazy.

(2005) odkrył, że rekombinowany ludzki LSD1 zachowuje się jak typowy flawoenzym klasy oksydoreduktazy/oksydazy in vitro. LSD1 katalizuje 2-elektronowe utlenianie substratu i przekształca tlen w nadtlenek wodoru. C-końcowe 702-aminokwasy lsd1 zawierały funkcjonalne miejsce demetylacji histonu i ściśle związane z FAD, co wskazuje, że n-końcowe aminokwasy nie są kluczowe dla aktywności lub wiązania kofaktorów. Forneris et al. (2005) zauważył, że wytwarzanie nadtlenku wodoru w środowisku chromatyny może sprzyjać oksydacyjnemu uszkodzeniu DNA i może być szkodliwe. Zaproponowali oni, że LSD1 nie może funkcjonować jako oksydaza in vivo, a cząsteczki inne niż tlen mogą funkcjonować jako akceptory elektronów w reakcjach demetylacji.

(2005) odkrył, że rekombinowane ludzkie lsd1 nie były w stanie demetylować substratów nukleosomowych, ale lsd1 oczyszczone z komórek HeLa demetylowane histony niezależnie od tego, czy substraty były histonami masowymi, czy histonami zmontowanymi w nukleosomy. Spektrometria mas i analiza Western blot wykazały, że LSD1 wiąże się z kompleksem zawierającym między innymi HDAC1, HDAC2, CTBP1 (602618), RCOR (607675), BHC80 (608325) i BRAF35 (HMG20B; 605535). W ramach tej grupy rcor pozytywnie regulował działanie LSD1 in vitro, a BHC80 hamował demetylację za pośrednictwem rcor / LSD1. Hiperacetylowane nukleosomy były mniej podatne na demetylację za pośrednictwem RCOR/LSD1, co sugeruje, że hipoacetylowane nukleosomy mogą być preferowanymi substratami fizjologicznymi. Shi i in. (2005) zaproponował, że deacetylazy histonowe i LSD1 mogą współpracować w celu wytworzenia represyjnego środowiska chromatyny.

(2005) wykazał, że kompleksy zawierające BHC110 wykazały blisko 5-krotne zwiększenie demetylacji histonu h3k4 w porównaniu z rekombinowanym BHC110. Ponadto rekombinowany BHC110 nie był w stanie demetylować H3K4 na nukleosomach, ale kompleksy zawierające BHC110 łatwo demetylowały nukleosomy. Odtworzenie kompleksu BHC in vitro przy użyciu rekombinowanych podjednostek ujawniło zasadniczą rolę dla reszty corepressor CoREST (607675), nie tylko w stymulowaniu demetylacji histonów rdzeniowych, ale także w promowaniu demetylacji substratów nukleosomalnych. Lee et al. (2005) odkryli, że demetylacja nukleosomalna była wynikiem wzmacniania przez rdzeń związku między BHC110 a nukleosomami. Zubożenie rdzenia w hodowli komórkowej in vivo spowodowało derepresję ekspresji genów reagujących na resztę i zwiększoną metylację H3K4. Razem wzięte, Lee et al. (2005) stwierdził, że ich wyniki podkreślają zasadniczą rolę CoREST w demetylacji H3K4 zarówno in vitro, jak i In vivo.

Metzger i in. (2005) wykazały, że LSD1 kolokalizowane z receptorem androgenowym (AR; 313700)w normalnej ludzkiej prostaty i guza prostaty. LSD1 oddziaływał z AR in vitro i in vivo i stymulował transkrypcję zależną od AR. Z drugiej strony, obniżenie poziomu białka LSD1 przerwało indukowaną przez androgeny aktywację transkrypcyjną i proliferację komórek. Analizy immunoprecypitacji chromatyny wykazały, że AR i LSD1 tworzą kompleksy związane z chromatyną w sposób zależny od ligandu. LSD1 łagodzi represyjne znaki histonowe poprzez demetylację histonu H3 w lizynie-9 (H3K9), prowadząc w ten sposób do derepresji genów docelowych AR. Ponadto Metzger et al. (2005) zidentyfikował pargylinę jako inhibitor LSD1. Pargylina blokuje demetylację H3K9 przez LSD1 i w konsekwencji transkrypcję zależną od AR. Tak więc modulacja aktywności LSD1 oferuje strategię regulowania funkcji AR. Metzger i in. (2005) linked demethylation of a repressive histone mark with AR-dependent gene activation, whereat providing a mechanism by which demethylases control specific gene expression.

(2007) poinformował, że demetylaza lizyny histonowej lsd1, składnik kompleksu corest-ctbp (602618) corepressor, jest wymagana do oznaczania i różnicowania późnej linii komórkowej podczas organogenezy przysadki mózgowej. Wydaje się, że LSD1 działa przede wszystkim w programach aktywacji docelowych genów, a także w programach represji genów, na podstawie rekrutacji odrębnych kompleksów koaktywizujących lub korepresyjnych zawierających LSD1. Programy represji genów zależnych od LSD1 mogą być rozszerzone pod koniec rozwoju z indukowaną ekspresją ZEB1 (189909), represji podobnej do KRUPPELA, która może działać jako sygnał molekularny do rekrutacji kompleksu corepressora CoREST-CtBP zawierającego Lsd1, powodując represję dodatkowej kohorty genów, takich jak Gh (139250), która wcześniej wymagała lsd1 do aktywacji. Wang et al. (2007) stwierdził, że temporalne wzorce ekspresji określonych składników kompleksów lsd1 modulują programy regulacji genów w wielu narządach ssaków.

za pomocą testów koimmunoprecypitacji z komórkami myszy i ludzi, Saleque et al. (2007) wykazały, że LSD1, COREST, HDAC1 i HDAC2 oddziałują zarówno z gfi1 (600871), jak i GFI1B (604383) w kompleksach endogennych. Do ich powiązania z CORESTEM i LSD1 wymagana była domena N-terminalowa GFI1 i GFI1B. Mysi Gfi1b rekrutował te kofaktory do większości docelowych promotorów genów in vivo. Hamowanie Corest i lsd1 zaburzało różnicowanie komórek erytroidalnych myszy, komórek megakariocytowych i granulocytowych, a także pierwotnych komórek progenitorowych erytroidalnych. Zubożenie Lsd1 derepresuje cele GFI w schematach specyficznych dla linii, czemu towarzyszy zwiększona metylacja H3 lys4 w odpowiednich promotorach. Saleque et al. (2007) stwierdził, że kompleksy GFI katalizują seryjną modyfikację histonów swoich celów, prowadząc do ich stopniowego wyciszania.

(2007) wykazał, że w komórkach ludzkich demetylaza lsd1 specyficzna dla histonu lizyny oddziałuje z p53 (191170) w celu powstrzymania aktywacji transkrypcyjnej za pośrednictwem p53 i zahamowania roli p53 w promowaniu apoptozy. Odkryli, że in vitro LSD1 usuwa zarówno monometylację (K370me1), jak i dimetylację (k370me2) w K370, zależnym od Smyd2 (610663) miejscu monometylacji. Jednak in vivo, LSD1 wykazywał silną preferencję do odwrotnego k370me2, który jest wykonywany przez odrębną, ale nieznaną, metylotransferazę. Huang et al. (2007) stwierdził, że K370me2 odgrywa inną rolę w regulacji p53 niż k370me1: K370me1 tłumi funkcję p53, podczas gdy K370me2 Promuje skojarzenie z koactivatorem 53BP1 (605230). Obserwacje Huang et al. (2007) wykazał, że p53 jest dynamicznie regulowany przez metylację i demetylację lizyny oraz że status metylacji przy pojedynczej pozostałości lizyny nadaje odrębną wydajność regulacyjną.

(2008) przeanalizował, w jaki sposób metylacja histonów H3 i demetylacja kontrolują ekspresję genów reagujących na estrogeny i wykazał, że receptor estrogenowy związany z DNA (patrz ESRA; 133430) kieruje transkrypcją, uczestnicząc w zginaniu chromatyny w celu kontaktu z polimerazą RNA II (patrz 180660) zrekrutowaną do promotora. Proces ten jest napędzany przez ukierunkowaną na receptor demetylację H3K9 (zob. 601128) zarówno w miejscach wzmacniających, jak i promotorowych i jest osiągany przez aktywację rezydentnej demetylazy LSD1. Miejscowa demetylacja wytwarza nadtlenek wodoru, który modyfikuje otaczające DNA i rekrutuje glikozylazę 1 (601982) 8-oksoguaniny-DNA i topoizomerazę II-beta (126431), wyzwalając chromatynę i zmiany konformacyjne DNA, które są niezbędne do transkrypcji indukowanej estrogenem. Perillo et al. (2008) doszli do wniosku, że ich dane wykazały strategię, która wykorzystuje kontrolowane uszkodzenia DNA i naprawy do kierowania produktywnej transkrypcji.

transcriptional corepressor complex zawierający LSD1, COREST i HDAC1 hamuje transkrypcję poprzez usunięcie modyfikacji histonowych związanych z aktywacją transkrypcyjną. Gocke i Yu (2008) odkryli, że ZNF198 (ZMYM2; 602221) i REST (600571) interakcja z LSD1/COREST/HDAC1 w sposób wzajemnie wykluczający się w liniach komórkowych człowieka. ZNF198 był wymagany do represji E-cadherin (CDH1; 192090), ale nie Rest-reagujących genów. ZNF198 wszedł w interakcję z chromatyną i ustabilizował kompleks LSD1 / COREST / HDAC1 na chromatynie. Domena MYM ZNF198 pośredniczy w interakcji ZNF198 z LSD1 / COREST / HDAC1. Sumoilacja HDAC1 przez SUMO2 (603042) zwiększyła jego wiązanie z ZNF198 poprzez mechanizm niekowalencyjny, ale także osłabiła interakcję między HDAC1 a rdzeniem.

stosując immunoprecypitację chromatyny, PCR, koimmunoprecypitację i analizy reporterowe, Liang et al. (2009) odkrył, że zakażenie przez Alfa-herpeswirusy, wirus opryszczki pospolitej (HSV; zob. 610551) i wirus półpaśca (VZV), spowodowało szybkie nagromadzenie chromatyny z represyjną metylacją histonu H3 lys9 (H3K9). Ekspresja genów wirusowych immediate Early (IE) wymagała czynnika komórek gospodarza-1 (HCF1 lub HCFC1; 300019) do rekrutacji LSD1 do wirusowych immediate early Promotors. Zmniejszenie stężenia LSD1 lub zależne od dawki hamowanie LSD1 inhibitorami monoaminooksydazy (Imao) powodowało akumulację chromatyny represyjnej i ekspresję genu blokującego do wirusa. HCF1 wraz z SET1 (SETD1A; 611052) i MLL1 (159555) koordynowały modulację represyjnych poziomów metylacji H3K9 z dodatkiem aktywujących znaków trimetylacji h3k4. Liang et al. (2009) stwierdził, że LSD1 zapobiega gromadzeniu się metylacji H3K9 i umożliwia produktywne zakażenie przez oba Alfa-herpeswirusy. Zaproponowali oni, że zależność patogenów wirusowych od maszynerii chromatyny komórek gospodarza podkreśla potencjalną interwencję terapeutyczną, a celowanie w LSD1 za pomocą powszechnie stosowanych Imao może zapobiegać opóźnieniom wirusowym i reaktywacji.

(2009) wykazał, że LSD1 jest wymagane do gastrulacji podczas embriogenezy myszy. W szczególności, ukierunkowana delecja genu kodującego LSD1 w embrionalnych komórkach macierzystych indukuje postępującą utratę metylacji DNA. Utrata ta koreluje ze spadkiem białka metylotransferazy DNA-1 (DNMT1; 126375), w wyniku zmniejszonej stabilności Dnmt1. Białko Dnmt1 jest metylowane in vivo, a jego metylacja jest wzmocniona przy braku LSD1. Ponadto Dnmt1 może być metylowany przez Set7 / 9 (znany również jako KMT7, 606594) i demetylowany przez lsd1 in vitro. Wang et al. (2009) stwierdził, że lsd1 demetyluje i stabilizuje Dnmt1, zapewniając w ten sposób nieznane wcześniej mechanistyczne połączenie między systemami metylacji histonu i DNA.

wykorzystanie ludzkich komórek k562 i mysich komórek erytroleukemii Mel i ludzkich komórek białaczkowych Jurkat T, Hu i wsp. (187040) wykazał, że czynnik transkrypcyjny TAL1 oddziałuje bezpośrednio z LSD1 w 2 odrębnych kompleksach białkowych zawierających HDAC1. LSD1 hamowało aktywność reporterową zależną od TAL1 w sposób zależny od dawki, a to hamowanie wymagało domeny demetylazy histonowej LSD1. Tal1 związany z aktywnością Lsd1 i demetylazy w niezróżnicowanych komórkach MEL, ale nie w okresie, kiedy komórki MEL zaangażowały się w różnicowanie. Związek Tal1 z kompleksem Lsd1 odzyskiwano w późnych stadiach różnicowania. Tal1 wiązał 2 Motywy e-box GATA w proksymalnym promotorze genu kodującego białko błonowe erytroidalne P4.2 (EPB42; 177070) i celował w lsd1 do promotora P4.2. Ukierunkowanie Lsd1 na promotor P4.2 skorelowane z metylacją H3K4 na promotorze P4.2. Po różnicowaniu Lsd1 oddziela się od promotora, umożliwiając transkrypcję P4.2 za pośrednictwem Tal1. Knockdown Lsd1 poprzez krótkie spinki RNA w komórkach MEL spowodowało zwiększenie ekspresji P4.2 i Gata2 (137295) oraz wzrost dimetylowanego H3K4 w promotorze P4.2. Hu i in. (2009) stwierdził, że aktywność demetylazy histonów h3k4 lsd1 jest częściowo odpowiedzialna za represyjną aktywność TAL1 i ogranicza funkcję TAL1 w hematopoezie.

Metzger i in. (2010) wykazał, że fosforylacja histonu H3 (601128) w treoninie-6 (H3T6) przez kinazę białkową C (PKC)-beta-1 (176970) jest kluczowym zdarzeniem, które zapobiega demetylowaniu H3K4 przez LSD1 podczas aktywacji genu zależnego od receptora androgenowego (AR; 313700). In vitro, histonowe peptydy H3 metylowane w lizynie-4 i fosforylowane w treoninie-6 nie były już substratami LSD1. In vivo, PKC-beta-1 kolokalizowane z AR i LSD1 na promotorach genów docelowych i fosforylowane H3T6 po indukowanej androgenem ekspresji genów. RNAi-pośredniczący knockdown PKC-beta-1 abrogated fosforylation h3t6, enhanced demethylation at h3k4 i hamował transkrypcję zależną od AR. Aktywacja PKCB1 wymaga zależnej od androgenów rekrutacji kinazy białkowej gatekeeper kinazy C-related kinase 1 (PRK1; 601032). W szczególności, zwiększone poziomy PKCB1 i fosforylowanego H3T6 (H3T6ph) pozytywnie skorelowane z wysoką oceną Gleasona w rakach gruczołu krokowego oraz hamowanie PKC-beta-1 blokuje proliferację komórek nowotworowych wywołaną AR in vitro i progresję nowotworu w przeszczepach nowotworowych in vivo. Razem, Metzger et al. (2010) stwierdził, że sygnalizacja kinazy zależnej od androgenów prowadzi do napisania nowego znaku chromatyny H3T6ph, co w konsekwencji zapobiega usuwaniu aktywnych znaków metylowych z h3k4 podczas ekspresji genu stymulowanego AR.

Whyte i in. (2012) wykazał, że demetylaza histonowa lsd1, która demetyluje Histon H3 na lys4 lub lys9 (H3K4/K9), jest niezbędna w usuwaniu wzmacniaczy podczas różnicowania mysich embrionalnych komórek macierzystych (ESC). LSD1 zajmuje enhancers aktywnych genów, które są krytyczne dla kontroli stanu ESC. LSD1 nie jest jednak niezbędne do utrzymania tożsamości ESC. Zamiast tego, ESC bez aktywności LSD1 nie różnicują się w pełni, a wzmacniacze specyficzne dla ESC nie przechodzą zdarzeń demetylacji histonów związanych z różnicowaniem. W aktywnych wzmacniaczach LSD1 jest składnikiem kompleksu NuRD (nucleosome remodeling and histone deacetylase), który zawiera dodatkowe podjednostki, które są niezbędne do różnicowania ESC. Whyte i in. (2012) zaproponował, że kompleks Lsd1-NuRD likwiduje wzmacniacze programu pluripotencji podczas różnicowania, co jest niezbędne do całkowitego zamknięcia programu ekspresji genów ESC i przejścia do nowych stanów komórkowych.

(2014) zbadał zmiany H3K4me i jego kluczowych regulatorów w oocytach myszy i zarodkach przedimplantacyjnych. Obserwowali podwyższone poziomy H3K4me2 i H3K4me3 w stadiach 1-do 2-komórkowych, odpowiadających okresowi aktywacji genomu embrionalnego. Poziom H3K4me2 dramatycznie zmniejszył się w fazie 4-komórkowej i pozostał niski aż do fazy blastocysty. Natomiast poziom H3K4me3 przejściowo zmniejszał się u 4-komórkowych zarodków, ale stopniowo zwiększał się do maksimum u blastocyst. Ilościowe analizy PCR w czasie rzeczywistym i immunofluorescencyjne wykazały, że wysoki poziom H3K4me2 podczas aktywacji genomu zarodkowego zbiegał się z szczytową ekspresją jego metylotransferazy Ash2l (604782) i jednoczesnym zmniejszeniem jego demetylaz, Kdm5b (605393) i kdm1a. H3K4me3 korelował z ekspresją jego metylotransferazy, Kmt2b (606834) i demetylazy, Kdm5a (606834).180202). Shao et al. (2014) zaproponował, że enzymy te działają w aktywacji genomu embrionalnego i segregacji pierwszej linii u zarodków myszy przedimplantacyjnych.

stosując sekwencjonowanie immunoprecypitacji chromatyny, Gao i wsp. (2020) wykazał, że LSD1 wchodzi w interakcję z FOXA1 (602294) i aktywnymi znakami wzmacniającymi w ludzkich komórkach raka prostaty i że hamowanie LSD1 zakłóciło globalne Wiązanie chromatyny FOXA1. Lsd1 pozytywnie reguluje Wiązanie chromatyny FOXA1 poprzez demetylację K270 FOXA1. Dzięki temu mechanizmowi LSD1 utrzymywało dostępność wzmacniacza do AR i regulowało Wiązanie chromatyny AR i wyjście transkrypcyjne. Inhibitory Lsd1 hamowały wzrost guza ksenogenicznego u wykastrowanych myszy poprzez blokowanie demetylacji Foxa1 K270. Dalsza analiza sugerowała, że skuteczność inhibitorów Lsd1 w supresji nowotworu korelowała z poziomem ekspresji Foxa1 i że inhibitory Lsd1 działały w synergii z leczeniem antagonistami Ar.

metodą radiation hybrid analysis, Nagase et al. (1998) zmapował Gen AOF2 na chromosom 1.

Gross (2014) zmapował Gen KDM1A na chromosom 1p36.12 w oparciu o wyrównanie sekwencji kdm1a (GenBank BC048134) z sekwencją genomową (GRCh37).

raport Nunez et al. (2008) wskazując, że 3-wymiarowe zależne od silnika interakcje międzychromosomalne z udziałem LSD1 są wymagane do osiągnięcia wzmocnionej transkrypcji specyficznych genów docelowych receptora estrogenowego został wycofany.

Tunovic et al. (2014) zgłosił pacjenta z opóźnieniem rozwojowym i charakterystycznymi rysami twarzy (CPRF; 616728), który miał heterozygotyczną mutację missense w genie KDM1A (Y785H; 609132.0001). Pacjent ten posiadał również wewnątrzramkową delecję 3-nukleotydową w genie ANKRD11, w której mutacje powodowały zespół KBG (148050), a także niewielkie powielanie o nieznanym znaczeniu. Chong i in. (2016) odnotowano 2 dodatkowych pacjentów z heterozygotycznymi mutacjami missense w genie kdm1a (E403K, 609132,0002; D508G, 609132,0003). Wszyscy 3 pacjenci mieli cechy, które pokrywały się z cechami zespołu Kabuki (147920) Żaden z wariantów nie został znaleziony w ponad 71 000 egzomach kontrolnych z publicznych i wewnętrznych baz danych. Chociaż Tunovic et al. (2014) uznał mutacje w obu ANKRD11 i kdm1a znalezione u ich pacjenta miały wpływ na fenotyp, Chong et al. (2016) nie uznał mutacji ANKRD11 za patogenną, ponieważ większość mutacji w ANKRD11, które powodują zespół KBG, to mutacje frameshift lub mutacje nonsensowne, a ANKRD11 nie jest wysoce konserwowany i jest wysoce polimorficzny w populacji ogólnej. Tunovic et al. (2014) zauważył, że Gen KDM1A znajduje się w 2% najlepszych genów ograniczonych ewolucyjnie (tj. genów, które nie tolerują zmian funkcjonalnych) (Samocha et al., 2014).