Phương Nam Co LTD
© 29/3/2024 - Vietnam12h.com Application

Enzym histon deacetylase nhóm I

HDAC1, HDAC2, HDAC3 và HDAC8 là các enzym thuộc nhóm I. HDAC1, HDAC2 và HDAC3 là hợp phần trong các phức hợp protein có liên quan đến quá trình ức chế phiên mã. Mô hình cấu trúc được xây dựng dựa trên sự tương đồng của các biến thể HDAC1 khác nhau, vốn được dùng để giải thích những đột biến trên HDAC, cũng rất hữu ích cho việc phát triển các chất ức chế HDAC và xây dựng cấu trúc mang hoạt tính (pharmacophore) cho các chất này. Quá trình phân tách cấu trúc tinh thể bằng tia X của HDAC1 cho thấy cấu trúc của trung tâmhoạt độngđược tạo bởi một kênh kỵ nước kích thước 11Å với một ion kẽm có vai trò xúc tác và một khoang phụ thân nước có kích thước 14Å nằm ở đáy của kênh enzym. Khi không có phối tử, khoang phụ này thamgia vào quá trình xúc tác phản ứng deacetylase hoá, giúp cho sản phẩmphụ acetat được loại ra khỏi phản ứng thông qua những tương tác ưu tiên [37, 153].

Cấu trúc của các HDAC2 bao gồm 8 phiến gấp nếp β (β sheet) và 13 cấu trúc xoắn α (α helice) trong một domain α/β, với các phiến β kẹp giữa các xoắn α (Hình 1.2). Kênh enzym kết nối bề mặt enzym với ion kẽm cũng có bản chất thân dầu, kích thước xấp xỉ 11Å, được bao phủ bởi các amino acid là Gly154, Phe155, Phe210 và His183 có khả năng tạo phức với ion kẽm. Từ vị trí liên kết với kẽm, khoang phụ có kích thước 14Å và bản chất thân nước có vị trí hướng về phần trung tâm của enzym. Các amino acid gồm Met35, Phe114 và Leu144 là những amino acid chính tạo nên khoang phụ [79, 152].

Hình 1.2: Mô hình cấu trúc trung tâm hoạt động của HDAC2

Khoang phụ của HDAC8 được bộc lộ ra bên ngoài cho thấy sự linh động của kênh enzym trên bề mặt protein (Hình 1.3). Khoang phụ này chứa một số amino acid Arg được bảo tồn cao và phần cấu trúc quan trọng nhất là arginin trung tâm của chuỗi bên R37. Acid amin này được cho là giúp cải thiện cả hoạt tính xúc tác cùng với ái lực acetat của HDAC8, và có vai trò bảo vệ kênh enzym khi tham gia vào quá trình vận chuyển nước và acid acetic ra khỏi trung tâm hoạt động của enzym. Sự chuyển động của phân tử nước hoặc acid acetic bị ức chế bởi liên kết bền vững giữa G139 và G303. Do đó cần có sự sắp xếp lại cấu trúc của chuỗi bên R37 và vòng xoắn (loop) để mở rộng vị trí hoạt động để các phân tử này có thể di chuyển ra ngoài thông qua kênh enzym [50, 154, 155].

Hình 1.3: Cấu trúc trung tâm hoạt động của HDAC8

Cho đến nay, theo dữ liệu cấu trúc trên Ngân hàng dữ liệu protein (PDB) có 7 enzym gồm HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC4, HDAC6, HDAC7 và HDAC8 ở người hoặc nấmmen đã được công bố cấu trúc tinh thể kết tinh (có hoặc không kèm với chất ức chế có liên quan). So sánh cấu trúc của các HDAC nhóm I cho thấy cả 4 loại enzym đều có cấu trúc chuỗi polipeptid xương sống (backbone) gần như giống hệt nhau. Cấu trúc ống của kênh enzym trong nhómI được đặc trưng bởi hai phenylalanin tạo ra một dạng xếp chồngπ (π-stacking), và vị trí phối hợp với ion kẽmđược bảo tồn cao ở tất cả các enzym trong nhóm I. Bề mặt ngoài của HDAC8 có sự khác biệt lớn so với HDAC1, HDAC2 và HDAC3, với các amino acid khác biệt quan trọng là Lys33, Ile34, Tyr100, Pro205, Pro273, Met274 và Ser276. Cụ thể, Tyr204/209 ở HDAC1/HDAC2 được thay thế bằngPhe199/207 ở HDAC3/HDAC8. Việc mất đi nhóm hydroxyl ở vị trí này có thể tạo nên sự chọn lọc giữa các đồng phân nhưng đặc điểm này cũng có thể bị che khuất bởi các amino acid khác. Sự hiện diện thêm của Gly206 và tiếp theo đó là Pro205 ở vị trí của Asn203/208 ở HDAC1/HDAC2 và Asp197 ở HDAC3. Một sự khác biệt quan trọngnữa là Lys 33 ở HDAC8 thay thế His33 ở HDAC1, HDAC2, HDAC3 và Tyr100 thay thế cho Glu98/104 của HDAC1/HDAC2 và Asp93 của HDAC3. Ở vị trí đầu vào của kênh enzym, sự thay đổi của HDAC8 là Ile34 và Pro273và Met274 thay thế cho lần lượt là Pro, Arg và Leu ở HDAC1, HDAC2, HDAC3. Phân tử Tyr100 ở HDAC8 tạo nên một đường viền nhỏ hơn so với các enzymcòn lại. Hình biểu trung tâm hoạt động(Hình 1.4) giúp làmnổi bật hơn sựkhác biệt về hình học giữa các enzym, yếu tố có thể tạo nên tính chọn lọc [125].

Hình 1.4: Hình ảnh bề mặt của các HDAC1, 2, 3 và 8

Nghiên cứu về khoang phụ của các HDAC nhóm I bằng các đột biến gây ra trên HDAC1 hướng về vùng cấu trúc khoang phụ nhằm tìm hiểu rõ hơn về cách thức di chuyển của phân tử acid acetic [153]. Danh sách các amino acid tạo nên khoang phụ của các enzym nhóm I được công bố trước, sau đó các amino acid tương ứng của các enzym nhóm II và IV cũng được trình bày (mặc dù ở hai nhóm enzym này không có khoang phụ). Thay thế những amino acid quan trọng của vùng này có thể dẫn đến s ự giảm đáng kể hoạt tính xúc tác. Những amino acid có vai trò then chốt có thể kể đến Tyr23, Tyr24, Arg34, Cys 151 và đặc biệt là Tyr303 ở HDAC1. Thêm vào đó, Val19, Met30, Ile35, Phe109 và Leu139 là những amino acid quyết định hình dạng của khoang phụ chứa ion acetat. Những đột biến của alanin làm giảm hoạt tính xúc tác mặc dù các alanin không tham gia trực tiếp vào quá trình gắn ion acetat. Nhìn chung, những nghiên cứu về khoang phụ cũng gợi ý rằng những chất ức chế có nhóm chức tương đương acetat có thể gắn vào khoang phụ sẽ có khả năng tăng tính chọn lọc.