Intrare OMIM – * 609132-lizină DEMETILAZĂ 1A; KDM1A

TEXT

metilarea histonei H3 (vezi 602810) lys4 (H3K4) este o modificare epigenetică importantă implicată în activarea genei. Reziduurile de di – și trimetilare H3K44 (H3K4me2 și respectiv H3K4me3) marchează locurile de pornire a transcrierii genelor transcrise activ, în timp ce un nivel ridicat de monometilare H3K4 (H3K4me1) este asociat cu secvențe de intensificare. KDM1A și KDM1B (613081) sunt demetilaze ale H3K4me1 și H3K4me2 și provoacă reprimarea genelor (rezumat de Shao și colab., 2014).

prin secvențierea clonelor obținute dintr-o bibliotecă de ADNc a creierului fracționată de dimensiune, Nagase și colab. (1998) a clonat KDM1A, pe care l-au numit KIAA0601. Proteina dedusă conține 886 aminoacizi. RT-PCR a detectat expresia KDM1A în aproape toate țesuturile testate, cu cele mai ridicate niveluri în rinichi și testicule. În pancreas și splină a fost detectată o expresie puțin sau deloc.

Shi și colab. (2004) a raportat că proteina KDM1A, pe care au numit-o LSD1, are un domeniu SWIRM n-terminal, care se găsește în proteinele implicate în reglarea cromatinei, urmat de un motiv de legare a FAD și un domeniu de amină oxidază. Căutând proteine atât cu amină oxidază, cât și cu domenii SWIRM, au identificat AOF1 (KDM1B) ca o proteină asemănătoare lsd1 umană, precum și mai multe proteine asemănătoare LSD1 în C. elegans, Drosophila, Arabidopsis, și S. pombe.

Hakimi și colab. (2003) a identificat o familie de complexe corepresoare multiproteine care funcționează prin modificarea structurii cromatinei pentru a menține genele tăcute. Compoziția polipeptidică a acestor complexe include un nucleu comun de 2 subunități, HDAC1 (601241)/HDAC2 (605164) și proteina aof2 care leagă FAD, pe care autorii au numit-o BHC110. Alte subunități ale acestor complexe includ ZNF261 (300061), GTF2I (601679) și polipeptide asociate cu translocații cromozomiale cauzatoare de cancer.

modificările Posttranslaționale ale cozilor n-terminale ale histonei afectează structura cromatinei și transcripția genei. Shi și colab. (2004) a remarcat că, în timp ce gradul de acetilare a histonei este determinat atât de acetiltransferaze, cât și de deacetilaze, nu a fost clar dacă metilarea histonei este, de asemenea, reglementată de enzime cu activități opuse. Ei au furnizat dovezi că LSD1, un omolog nuclear Al Amin oxidazelor, funcționează ca o histonă demetilază și corepresor transcripțional. Lsd1 în mod specific demetilat H3K4, care este legat de transcripția activă. Demetilarea lizinei a avut loc printr-o reacție de oxidare care a generat formaldehidă. Inhibarea LSD1 prin interferența ARN a determinat o creștere a metilării H3K4 și derepresia concomitentă a genelor țintă, sugerând că LSD1 reprimă transcripția prin demetilarea histonei. Rezultatele au identificat astfel o histonă demetilază conservată de la S. pombe la om și au evidențiat reglarea dinamică a metilării histonei atât de histone metilaze, cât și de demetilaze.

Forneris și colab. (2005) a constatat că lsd1 uman recombinant s-a comportat ca o flavoenzimă tipică din clasa oxidoreductază/oxidază in vitro. LSD1 a catalizat oxidarea cu 2 electroni a substratului său și a transformat oxigenul în peroxid de hidrogen. C-terminal 702-aminoacizii LSD1 conțineau situsul funcțional de demetilare a histonei și FAD strâns legat, indicând faptul că aminoacizii n-terminali nu sunt cruciali pentru activitatea sau legarea cofactorului. Forneris și colab. (2005) a remarcat că generarea de peroxid de hidrogen în mediul cromatinei ar putea favoriza deteriorarea oxidativă a ADN-ului și ar putea fi dăunătoare. Ei au propus că LSD1 poate să nu funcționeze ca o oxidază in vivo și că alte molecule decât oxigenul pot funcționa ca acceptori de electroni în reacțiile de demetilare.

Shi și colab. (2005) a constatat că lsd1 uman recombinant nu a putut demetila substraturile nucleozomale, dar LSD1 purificat din celulele HeLa a demetilat histone indiferent dacă substraturile erau histone în vrac sau histone asamblate în nucleozomi. Prin spectrometrie de masă și analiza Western blot, au descoperit că LSD1 asociat cu un complex care conține HDAC1, HDAC2, CTBP1 (602618), RCOR (607675), BHC80 (608325) și BRAF35 (HMG20B; 605535), printre altele. În cadrul acestui grup, RCOR a reglat pozitiv funcția LSD1 in vitro, iar BHC80 a inhibat demetilarea mediată de RCOR/LSD1. Nucleozomii hiperacetilați au fost mai puțin susceptibili la demetilarea mediată de RCOR / LSD1, sugerând că nucleozomii hipoacetilați pot fi substraturile fiziologice preferate. Shi și colab. (2005) a propus ca histone deacetilazele și LSD1 să colaboreze pentru a genera un mediu represiv de cromatină.

Lee și colab. (2005) a arătat că complexele care conțin BHC110 au arătat o creștere de aproape 5 ori a demetilării histonei H3K4 comparativ cu BHC110 recombinant. Mai mult, bhc110 recombinant nu a putut demetila H3K4 pe nucleozomi, dar complexele care conțin BHC110 au demetilat ușor nucleozomii. Reconstituirea in vitro a complexului BHC folosind subunități recombinante a relevat un rol esențial pentru restul corepresor CoREST (607675), nu numai în stimularea demetilării pe histonele de bază, ci și în promovarea demetilării substraturilor nucleozomale. Lee și colab. (2005) a constatat că demetilarea nucleozomală a fost rezultatul CoREST sporind asocierea dintre BHC110 și nucleozomi. Depleția CoREST în cultura celulară in vivo a dus la derepresia expresiei genelor receptive la repaus și la creșterea metilării H3K4. Luate împreună, Lee și colab. (2005) au concluzionat că rezultatele lor evidențiază un rol esențial pentru CoREST în demetilarea H3K4 atât in vitro, cât și in vivo.

Metzger și colab. (2005) a arătat că LSD1 colocalizat cu receptorul androgen (AR; 313700) în prostata umană normală și tumora de prostată. LSD1 a interacționat cu AR in vitro și in vivo și a stimulat transcripția dependentă de AR. În schimb, eliminarea nivelurilor de proteine LSD1 a abrogat activarea transcripțională indusă de androgeni și proliferarea celulelor. Analizele de imunoprecipitare a cromatinei au demonstrat că AR și LSD1 formează complexe asociate cromatinei într-o manieră dependentă de ligand. LSD1 ameliorează semnele histonice represive prin demetilarea histonei H3 la lizina-9 (H3K9), ducând astfel la derepresia genelor țintă AR. Mai mult, Metzger și colab. (2005) a identificat pargyline ca inhibitor al LSD1. Pargyline blochează demetilarea H3K9 de către lsd1 și, în consecință, transcripția dependentă de AR. Astfel, modularea activității LSD1 oferă o strategie de reglare a funcțiilor AR. Metzger și colab. (2005) a legat demetilarea unei mărci histonice represive cu activarea genei dependente de AR, oferind astfel un mecanism prin care demetilazele controlează expresia genică specifică.

Wang și colab. (2007) a raportat că histona lizină demetilază lsd1, o componentă a complexului corespresor CoREST-CtBP (602618), este necesară pentru determinarea și diferențierea liniei celulare târzii în timpul organogenezei hipofizare. LSD1 pare să acționeze în primul rând asupra programelor de activare a genelor țintă, precum și în programele de reprimare a genelor, pe baza recrutării unor complexe coactivatoare sau corepresoare distincte care conțin LSD1. Programele de reprimare a genelor dependente de LSD1 pot fi extinse târziu în dezvoltare cu expresia indusă de ZEB1 (189909), un represor asemănător Kruppel care poate acționa ca un far molecular pentru recrutarea complexului corespresor CoREST-CtBP care conține Lsd1, provocând reprimarea unei cohorte suplimentare de gene, cum ar fi Gh (139250), care anterior necesita lsd1 pentru activare. Wang și colab. (2007) a concluzionat că modelele temporale de exprimare a componentelor specifice ale complexelor LSD1 modulează programele de reglare a genelor în multe organe de mamifere.

prin teste de coimunoprecipitare cu celule de șoarece și umane, Saleque și colab. (2007) a arătat că LSD1, COREST, HDAC1 și HDAC2 au interacționat atât cu GFI1 (600871), cât și cu GFI1B (604383) în complexe endogene. Domeniul de reprimare a blocajelor n-terminale al GFI1 și GFI1B a fost necesar pentru asocierea lor cu COREST și LSD1. Șoarecele Gfi1b a recrutat acești cofactori la majoritatea promotorilor genei țintă in vivo. Inhibarea diferențierii perturbate a Corest și Lsd1 a celulelor eritroide, megacariocitare și granulocitare de șoarece, precum și a progenitorilor eritroizi primari. Epuizarea Lsd1 a dereprimat țintele GFI în tiparele specifice liniei, însoțite de metilarea îmbunătățită a h3 lys4 la promotorii respectivi. Saleque și colab. (2007) a concluzionat că complexele GFI catalizează modificarea histonică în serie a țintelor lor, ducând la tăcerea lor gradată.

Huang și colab. (2007) a demonstrat că în celulele umane histona lizină-demetilază specifică lsd1 interacționează cu p53 (191170) pentru a reprima activarea transcripțională mediată de p53 și pentru a inhiba rolul p53 în promovarea apoptozei. Ei au descoperit că in vitro, LSD1 elimină atât monometilarea (K370me1), cât și dimetilarea (K370me2) la K370, un situs de monometilare dependent de Smyd2 (610663). Cu toate acestea, in vivo, LSD1 a arătat o preferință puternică pentru a inversa K370me2, care este efectuată de o metiltransferază distinctă, dar necunoscută. Huang și colab. (2007) a concluzionat că K370me2 are un rol diferit în reglarea p53 de cel al K370me1: K370me1 reprimă funcția p53, în timp ce K370me2 promovează asocierea cu coactivatorul 53bp1 (605230). Observațiile lui Huang și colab. (2007) a arătat că p53 este reglat dinamic prin metilarea și demetilarea lizinei și că starea de metilare la un singur reziduu de lizină conferă o ieșire reglabilă distinctă.

Perillo și colab. (2008) a analizat modul în care histona H3 metilarea și demetilarea controlează expresia genelor receptive la estrogen și a arătat că un receptor de estrogen legat de ADN (vezi ESRA; 133430) direcționează transcrierea participând la îndoirea cromatinei pentru a contacta ARN polimeraza II (vezi 180660) recrutat promotorului. Acest proces este condus de demetilarea H3K9 orientată către receptor (vezi 601128) atât la locurile de ameliorare, cât și la promotor și se realizează prin activarea demetilazei lsd1 rezidente. Demetilarea localizată produce peroxid de hidrogen, care modifică ADN-ul înconjurător și recrutează 8-oxoguanină-ADN glicozilază 1 (601982) și topoizomerază ii-beta (126431), declanșând cromatină și ADN modificări conformaționale care sunt esențiale pentru transcrierea indusă de estrogen. Perillo și colab. (2008) au concluzionat că datele lor au arătat o strategie care utilizează deteriorarea și repararea ADN-ului controlat pentru a ghida transcrierea productivă.

un complex corepresor transcripțional care conține LSD1, COREST și HDAC1 reprimă transcrierea prin eliminarea modificărilor histonice asociate cu activarea transcripțională. Gocke și Yu (2008) au constatat că ZNF198 (ZMYM2; 602221) și REST (600571) au interacționat cu lsd1/COREST/HDAC1 într-o manieră care se exclude reciproc în liniile celulare umane. ZNF198 a fost necesar pentru reprimarea e-cadherinei (CDH1; 192090), dar nu și a genelor care răspund la odihnă. ZNF198 a interacționat cu cromatina și a stabilizat complexul lsd1/COREST / HDAC1 pe cromatină. Domeniul MYM al interacțiunii mediate de znf198 a ZNF198 cu LSD1/COREST / HDAC1. Sumoilarea HDAC1 de SUMO2 (603042) și-a îmbunătățit legarea la ZNF198 printr-un mecanism necovalent, dar a slăbit și interacțiunea dintre HDAC1 și COREST.

folosind imunoprecipitarea cromatinei, PCR, coimunoprecipitarea și analizele reporter, Liang și colab. (2009) a constatat că infecția cu alfa-herpesvirusuri, virusul herpes simplex (HSV; vezi 610551) și virusul varicelo-zosterian (VZV), a dus la acumularea rapidă a cromatinei care poartă histonă represivă H3 lys9 (H3K9) metilare. Expresia genelor virale imediate timpurii (IE) a necesitat factorul celulei gazdă-1 (HCF1 sau HCFC1; 300019) pentru a recruta lsd1 la promotorii timpurii virali imediați. Depleția LSD1 sau inhibarea dependentă de doză a LSD1 cu inhibitori de monoaminooxidază (IMAO) a dus la acumularea de cromatină represivă și la blocarea expresiei genei virale. HCF1, împreună cu SET1 (SETD1A; 611052) și MLL1 (159555), modularea coordonată a nivelurilor represive de metilare H3K9 cu adăugarea marcajelor de trimetilare h3k4 Activatoare. Liang și colab. (2009) a concluzionat că LSD1 previne acumularea de metilare H3K9 și permite infecția productivă de către ambele alfa-herpesvirusuri. Ei au propus că dependența agenților patogeni virali de mecanismul cromatinei cu celule gazdă evidențiază o potențială intervenție terapeutică și că direcționarea LSD1 cu IMAO utilizate pe scară largă poate preveni latența și reactivarea virală.

Wang și colab. (2009) a demonstrat că LSD1 este necesar pentru gastrulare în timpul embriogenezei șoarecilor. În special, ștergerea țintită a genei care codifică LSD1 în celulele stem embrionare induce pierderea progresivă a METILĂRII ADN-ului. Această pierdere se corelează cu o scădere a proteinei ADN metiltransferază-1 (DNMT1; 126375), ca urmare a stabilității reduse a Dnmt1. Proteina Dnmt1 este metilată in vivo, iar metilarea sa este îmbunătățită în absența LSD1. Mai mult, Dnmt1 poate fi metilat de Set7 / 9 (cunoscut și sub numele de KMT7, 606594) și demetilat de lsd1 in vitro. Wang și colab. (2009) a concluzionat că lsd1 demetilează și stabilizează Dnmt1, oferind astfel o legătură mecanicistă necunoscută anterior între histonă și sistemele de metilare a ADN-ului.

folosind K562 umane și mouse-ul Mel eritroleukemia celule și Jurkat umane celule de leucemie cu celule T, Hu și colab. (2009) a arătat că factorul de transcripție TAL1 (187040) a interacționat direct cu LSD1 în 2 complexe proteice distincte care conțin HDAC1. LSD1 a inhibat activitatea reporter mediată de TAL1 într-o manieră dependentă de doză, iar această inhibare a necesitat domeniul Histon demetilazei LSD1. Tal1 asociat cu lsd1 și activitatea demetilazei în celulele Mel nediferențiate, dar nu în perioada în care celulele MEL s-au angajat la diferențiere. Asocierea Tal1 cu complexul Lsd1 a fost recuperată în etapele târzii de diferențiere. Tal1 a legat 2 motive GATA E-box în promotorul proximal al genei care codifică proteina membranei eritroide P4.2 (EPB42; 177070) și a vizat lsd1 către promotorul P4.2. Direcționarea Lsd1 către promotorul P4.2 corelată cu metilarea H3K4 la promotorul P4.2. După diferențiere, Lsd1 disociat de promotor, permițând transcrierea P4.2 mediată de Tal1. Knockdown de Lsd1 prin ARN ac de păr scurt în celulele MEL a dus la creșterea expresiei P4.2 și Gata2 (137295) și o creștere a h3k4 dimetilat la promotorul P4.2. Hu și colab. (2009) a concluzionat că activitatea Histon demetilazei H3K4 a LSD1 este parțial responsabilă pentru activitatea represivă a TAL1 și restricționează funcția TAL1 în hematopoieză.

Metzger și colab. (2010) a demonstrat că fosforilarea histonei H3 (601128) la treonină-6 (H3T6) de către protein kinaza C (PKC)-beta-1 (176970) este evenimentul cheie care împiedică lsd1 să demetileze H3K4 în timpul activării genei dependente de receptorul androgen (ar; 313700). In vitro, peptidele histone H3 metilate la lizină-4 și fosforilate la treonină-6 nu mai erau substraturi LSD1. In vivo, PKC-beta-1 colocalizat cu AR și LSD1 pe promotorii genei țintă și h3t6 fosforilat după expresia genică indusă de androgeni. Eliminarea mediată de RNAi a fosforilării h3t6 abrogate de PKC-beta-1, demetilarea îmbunătățită la H3K4 și transcrierea dependentă de AR inhibată. Activarea PKCB1 necesită recrutarea dependentă de androgeni a kinazei kinazei protein kinazei c-kinaza 1 (PRK1; 601032). În special, nivelurile crescute de PKCB1 și h3t6 fosforilat (H3T6ph) s-au corelat pozitiv cu scorurile ridicate Gleason ale carcinoamelor de prostată și inhibarea proliferării celulelor tumorale induse de ar blocate de PKC-beta-1 in vitro și progresia cancerului de xenogrefe tumorale in vivo. Împreună, Metzger și colab. (2010) a concluzionat că semnalizarea kinazei dependente de androgeni duce la scrierea noii mărci de cromatină H3T6ph, care, în consecință, împiedică îndepărtarea marcajelor active de metil din H3K4 în timpul expresiei genei stimulate de AR.

Whyte și colab. (2012) a demonstrat că histona demetilază lsd1, care demetilează histona H3 pe lys4 sau lys9 (H3K4/K9), este esențială în potențiatorii de dezafectare în timpul diferențierii celulelor stem embrionare de șoarece (ESC). LSD1 ocupă amplificatori ai genelor active care sunt critice pentru controlul stării ces. Cu toate acestea, LSD1 nu este esențial pentru menținerea identității ESC. În schimb, ces lipsite de activitate LSD1 nu reușesc să se diferențieze pe deplin, iar amelioratorii specifici ESC nu reușesc să sufere evenimentele de demetilare a histonei asociate cu diferențierea. La amplificatori activi, LSD1 este o componentă a complexului NuRD (remodelarea nucleozomilor și Histon deacetilaza), care conține subunități suplimentare care sunt necesare pentru diferențierea ESC. Whyte și colab. (2012) a propus ca lsd1-NuRD să intensifice dezafectările complexe ale programului de pluripotență în timpul diferențierii, ceea ce este esențial pentru oprirea completă a programului de expresie a genei ESC și trecerea la noi stări celulare.

Shao și colab. (2014) a examinat modificările H3K4me și regulatorii săi cheie în ovocitele de șoarece și embrionii de preimplantare. Ei au observat niveluri crescute de H3K4me2 și H3K4me3 la etapele de 1 până la 2 celule, corespunzătoare perioadei de activare a genomului embrionar. Nivelul H3K4me2 a scăzut dramatic în stadiul cu 4 celule și a rămas scăzut până la stadiul de blastocist. În schimb, nivelul H3K4me3 a scăzut tranzitoriu în embrionii cu 4 celule, dar a crescut constant până la vârf în blastociste. Analizele cantitative în timp real PCR și imunofluorescență au arătat că nivelul ridicat de H3K4me2 în timpul activării genomului embrionar a coincis cu expresia maximă a metiltransferazei sale, Ash2l (604782) și o scădere concomitentă a demetilazelor sale, Kdm5b (605393) și Kdm1a. H3K4me3 corelat cu expresia metiltransferazei sale, Kmt2b (606834) și 180202). Shao și colab. (2014) a propus ca aceste enzime să funcționeze în activarea genomului embrionar și în prima segregare a descendenței în embrionii de șoarece preimplantați.

folosind un test de imunoprecipitare-secvențiere a cromatinei, Gao și colab. (2020) a arătat că LSD1 a interacționat cu FOXA1 (602294) și mărcile active de intensificare în celulele cancerului de prostată uman și că inhibarea LSD1 a perturbat legarea globală a cromatinei FOXA1. Lsd1 a reglat pozitiv legarea cromatinei FOXA1 prin demetilarea K270 a FOXA1. Prin acest mecanism, LSD1 a menținut accesibilitatea amplificatorului la AR și a reglementat legarea cromatinei AR și ieșirea transcripțională. Inhibitorii lsd1 au reprimat creșterea tumorii xenogrefe la șoarecii castrați prin blocarea demetilării Foxa1 K270. Analiza ulterioară a sugerat că eficacitatea inhibitorilor lsd1 asupra supresiei tumorale s-a corelat cu nivelurile de Expresie ale Foxa1 și că inhibitorii Lsd1 au acționat în sinergie cu tratamentul antagonist Ar.

prin analiza hibridă a radiațiilor, Nagase și colab. (1998) a cartografiat gena aof2 la cromozomul 1.

Gross (2014) a cartografiat gena KDM1A la cromozomul 1p36.12 pe baza unei alinieri a secvenței KDM1A (GenBank BC048134) cu secvența genomică (GRCh37).

un raport de Nunez și colab. (2008) indicând faptul că interacțiunile interchromozomale dependente de motor 3-dimensionale care implică LSD1 sunt necesare pentru a obține transcrierea îmbunătățită a genelor țintă specifice receptorilor de estrogen a fost retrasă.

Tunovic și colab. (2014) a raportat un pacient cu întârziere de dezvoltare și trăsături faciale distinctive (CPRF; 616728) care a purtat o mutație heterozigotă missense în gena KDM1A (Y785H; 609132.0001). Acest pacient a efectuat, de asemenea, o deleție 3-nucleotidică în cadrul genei ANKRD11, mutații în care provoacă sindromul KBG (148050), precum și o mică duplicare de semnificație necunoscută. Chong și colab. (2016) au raportat 2 pacienți suplimentari cu mutații heterozigote missense în gena KDM1A (e403k, 609132.0002; D508G, 609132.0003). Toți cei 3 pacienți au avut caracteristici care s-au suprapus cu cele ale sindromului Kabuki (147920). Niciuna dintre variante nu a fost găsită în peste 71.000 de exomi de control din bazele de date publice și interne. Deși Tunovic și colab. (2014) au considerat mutațiile atât în ANKRD11, cât și în KDM1A găsite la pacientul lor că au influențat fenotipul, Chong și colab. (2016) nu a considerat mutația ANKRD11 patogenă, deoarece majoritatea mutațiilor din ANKRD11 care au ca rezultat sindromul KBG sunt mutații frameshift sau prostii, iar ANKRD11 nu este foarte conservat și este foarte polimorf în populația generală. Tunovic și colab. (2014) a remarcat că gena KDM1A se află în primele 2% din genele constrânse evolutive (adică genele care sunt intolerante la variația funcțională) (Samocha și colab., 2014).