miniatura|315x315px|La proteïna NDF es situa entre els nucleosomes desestabilitzant-los parcialment per tal que la ARN polimerasa II pugui continuar la transcripció de l'ADN. En blau la cadena de ADN que s'enrotlla sobre les histones (esferes grises). En taronja la ARN polimerasa II i la cadena de ARN obtinguda en el curs de la transcripció. En verd l'NDF. El factor desestabilitzador del nucleosoma (NDF) és una proteïna clau que facilita el procés de transcripció de l'ADN mitjançant la desestabilització dels nucleosomes. Això facilita que l'enzim polimerasa II pugui transcriure a través d'aquests complexos ADN-histones.

El nucleosoma és el primer nivell d'empaquetament de la cromatina on l'ADN s'enrotlla al voltant d'un octàmer d'histones. Aquestes histones són les que conformen el nucli del nucleosoma i els extrems de l'ADN constitueixen la part externa.

Els nucleosomes actuen com a impediments estructurals pel progrés de la transcripció i és per això que han de ser parcialment desestabilitzats per permetre que la ARN polimerasa II pugui avançar i continuar amb la transcripció.

Tot i disposar de milers de factors de transcripció en el nostre ADN, aquests no poden accedir a la cromatina, formada per la unió dels nucleosomes. En canvi l'NDF pot passar-hi aquesta barrera física, gràcies al seu funcionament de desestabilització.

Una explicació breu del perquè l'ADN està tant associat a les histones, es troba a les càrregues; les histones són positives i la doble hèlix d'ADN és negativa. Aquesta unió deguda a forces electroestàtiques no permet la seva transcripció, doncs bloquegen estructural i funcionalment l'accés a la doble hèlix d'ADN

Estructura i localització Estructura L'NDF és una proteïna modular, d'uns 553 aminoàcids, que presenta tres regions funcionals principals:

Motiu PWWP (extrem N-terminal): Està constituït per la seqüència d'aminoàcids Pro-Trp-Trp-Pro, i és el responsable d'interaccionar amb les histones metilades dels nucleosomes, desestabilitzant-los sense consumir ATP. Domini deshidrogenasa (extrem C-terminal): Té un paper estructural molt important contribuint a l'estabilitat de la proteïna i la formació d'oligòmers. Aquest domini no està actiu enzimàticament com a deshidrogenasa. Motiu AT-hook: Motiu proteic que conté una seqüència central palindròmica conservada de Pro-Arg-Gly-Arg-Pro i, s'encarrega de fixar l'NDF a l'ADN. En aquesta regió és on té lloc la fosforilació de l'NDF, per part de la cinasa MAPK14, que permet modificar l'activitat de la proteïna. center|miniatura|348x348px|Estructura tridimensional interactiva de la proteïna NDF (si s'amplia fins a l'interior del centre de la proteïna és poden observar les α-hèlixs i les β-làmines que la conformen). miniatura|283x283px|La proteïna NDF presenta una regió ordenada (predita amb major fiabilitat - regió de blau/blau fosc) i una regió desordenada (predita amb menor fiabilitat - regió de vermell/groc) Pel que fa al nivell d'organització, la proteïna presenta dues regions estructurals clarament diferenciables. D'una banda, conté una regió ordenada formada per α-hèlixs i β-làmines, que conformen el nucli de la proteïna. Altrament, presenta una regió intrínsicament desordenada que envolta el centre de la proteïna i s'encarrega d'interaccionar directament amb l'ARN polimerasa II.

Localització En humans, el gen GLYR1 és el que codifica la proteïna NDF (també conegut com a GLYR1, NP60 o N-PAC) i es localitza al cromosoma 16, concretament a la regió 13.3 (16p13.3)

Des d'un punt de vista macroscòpic, la proteïna es troba dins del nucli cel·lular ja que presenta senyals NLS (Nuclear Localization Signals). No obstant això, s'ha trobat que aquesta proteïna també es troba en menor mesura en el citosol.

En relació als tipus cel·lulars, el patró d'expressió mostra baixa especificitat tissular (es troba en molts teixits i, fins i tot en cèl·lules del sistema inmunitari) coherent amb la seva funció reguladora de la transcripció de l'ADN.

Mecanismes d'acció i regulació L'NDF actua de manera independent de l’ATP, ja que la seva unió directa a la cromatina genera l’energia necessària per desestabilitzar l’estructura del nucleosoma. Aquesta interacció provoca un desbobinament parcial de l’ADN al voltant de les histones i facilita l'accés de la maquinària transcripcional als gens actius.

Durant el procés de transcripció, l'NDF és reclutat a les regions transcrites de milers de gens, on s'acumula preferentment en zones riques en H3K36me3 (una modificació epigenètica de la histona H3 caracteritzada per la trimetilació de la lisina 36). Aquesta localització és possible gràcies a la seva interacció amb l'enzim KDM1B, al qual estimula com a desmetilasa de la lisina 4 de l'histona H3. Junts formen un complex enzimàtic multifuncional que facilita el pas de la ARN polimerasa II a través dels nucleosomes i permet així una transcripció eficient dels gens actius. miniatura|Actuació del NDF i KDM1B a detall (part superior). Mecanismes d'acció del NDF, no relacionats amb la transcripció dels nucleosomes (part inferior). En el context de desenvolupament cardíac, l'NDF coopera amb el factor de transcripció GATA4, amb el qual co-uneix un conjunt específic de gens implicats en la formació i diferenciació dels cardiomiòcits (les cèl·lules musculars del cor), contribuint a la seva expressió coordinada durant la diferenciació cel·lular.

A més, l'NDF també participa en la regulació de l'activitat de la quinasa MAP p38 (MAPK14/p38a) en resposta a l'estrès cel·lular. A través d'aquest mecanisme, modula la via de senyalització de MAPK14, promovent la seva fosforilació i l'activació del factor de transcripció ATF2. Aquest procés depèn de l'activitat prèvia de les quinases MAP2K4 i MAP2K6, que actuen com a reguladores amunt de la cascada de senyalització MAPK.

En estudis recents s'ha trobat la possibilitat que l'NDF també actui com a estimulador de l'elongació del ADN en l'absència de nucleosomes. Durant aquest procés, s'uneix directament a la polimerasa II, tant l'NDF com la polimerasa II trobant-se en estat pur.

Tot i això, l'NDF en humans també estimula la desmetilació de dues marques epigenètiques: H3K4me1 i H3K4me2. Aquestes marques estan associades a regions actives de transcripció, així que la seva eliminació pot modular l'expressió gènica. Aquesta desmetilació és realitzada pels enzims LSD2 (KDM1B) i LSD1, que són desmetilasses d'histones i l'NDF les estimula. Aquesta interacció indica que l'NDF té un paper més complex en la regulació epigenètica de la transcripció, més enllà de desetabilitzar nucleosomes.

Aplicacions i rellevància biomèdica Una reducció en l'expressió de la proteïna GLYR1 està directament relacionada amb l'aparició de MSI-CRC (Càncer Colorectal amb Microsatèl·lits Inestables) degut a l'alteració de diferents mecanismes cel·lulars detallats a continuació:

Alteració del transport nuclear del gen MHL1 (gen clau per la reparació de l'ADN i la prevenció del càncer) de manera que aquest no arriba al nucli i s'acumula al citoplasma. Per tant, el gen MHL1 no podrà exercir la seva funció i, conseqüentment la reparació de l'ADN serà menys efectiva. Acceleració de la transició G1/S del cicle celular de les cel·lules CRC de manera que augmenta la capacitat de proliferació. D'altra banda, inhibeix la diferenciació d'aquestes cèl·lules (CRC) augmentant la tendència a que aquestes siguin malignes. Reducció de la sensibilitat de les CRC a 5-fluorouracil (fàrmac quimioterapèutic) afectant vies com la p21 i PI3K/AKT que controlen l'apoptosi i la proliferació.

Història La primera menció de l'NDF fou a l'any 2018, tot i això, el gen que la codifica (GLYR1) ja era conegut anys enrere, però només es relacionava amb una proteïna amb domini anomenada NP60 o NPAC.

James Kadonaga i Jia Fei foren investigadors de laboratori a la Universitat de California, a San Diego, que buscaven factors que permetessin obrir o desestabilitzar els nucleosomes.

Realitzant un assaig bioquímic amb una mostra de Drosophila, on van purificar l'activitat proteïca per afavorir la reacció, van identificar la proteïna NDF per espectrometria de masses. Es va comprovar que la proteïna NDF tenia capacitat de facilitar l'accessibilitat de l'histona H3K36 per entrar dins els nucleosomes.

Referències

Categoria:Proteïnes