Большая часть функциональных доменов этих двух белков высоко консервативна. В числе этих доменов 4 известных трансактивационных домена (TAD):
первый цистеин/гистидин-обогащённый участок (CH1), в который входит транскрипционный адаптерный цинковый палец 1 (англ.transcriptional adapter zinc finger 1, TAZ1);
ещё один цистеин/гистидин-обогащённый участок (СН3), содержащий цинковый палец TAZ2 и цинковый палец типа ZZ;
коактиваторный связывающий домен ядерных рецепторов (англ.nuclear receptor co-activator binding domain, NCBD), также известный как интерферон-связывающий домен (англ.interferon-binding domain, IBiD). Эти TAD обеспечивают различные белок-белковые взаимодействия CBP с ДНК-связывающими факторами транскрипции, ключевыми компонентами транскрипционной машинерии и прочими коактиваторами транскрипции (подробнее см. ниже).
Принципиальная схема структуры СВР/р300 с указанием доменов
Действие на клеточном уровне
Ген CREBBPэкспрессируется повсеместно и участвует в транскрипционной коактивации многих факторов транскрипции. Белок CREBBP впервые был описан как ядерный белок, который связывается белком CREB. Этот ген, как теперь известно, играет важную роль в эмбриональном развитии, контроле роста и поддержании гомеостаза[13]. Было показано, что мыши, у которых нокаутирован ген CREBBP или EP300, кодирующий белок р300, погибают на ранних этапах развития[14][15]. Кроме того, мыши, у которых имелся только один функциональный аллель каждого из генов CREBBP и EP300 вместо двух, также погибали в ходе эмбриогенеза. По-видимому, для развития эмбриона критическое значение имеет общее суммарное содержание белков CBP и p300, которое в обоих случаях составляло половину от нормального[14]. В отличие от организма в целом, отдельные клетки могут развиваться в отсутствии белков CBP или р300. Например, у мышей В- и Т-клетки, лишённые или СВР, или р300, развивались нормально в условиях in vivo, а лишённые обоих белков одновременно погибали[16][17].
CBP, как и p300, повышает экспрессию генов-мишеней при помощи следующих основных механизмов:
CBP задействован в сигнальных путяхG-белков и через них принимает участие в ответе клетки на связывание адреналина. Некоторые G-белки в активированном состоянии стимулируют аденилатциклазу, в результате чего уровень сАМР в клетке повышается. сАМР активирует протеинкиназу А (РКА), которая состоит из четырёх субъединиц: двух регуляторных и двух каталитических. Связывание сАМР с регуляторными субъединицами вызывает освобождение каталитических субъединиц, которые вследствие этого могут переместиться в ядро и взаимодействовать с транскрипционными факторами, таким образом влияя на экспрессию генов. Транскрипционный фактор CREB, связывающийся с последовательностью ДНК, называемой элементом отклика на сАМР (CRE), фосфорилируется РКА по остатку серина (Ser 133) в домене KID. Эта модификация стимулирует взаимодействие домена KID CREB с доменом KIX CBP или р300, в результате чего усиливается транскрипция генов, подконтрольных CREB, в том числе и тех, которые участвуют в глюконеогенезе. Этот сигнальный путь запускается при связывании адреналина с клеткой-мишенью[21].
Огромное количество экспериментальных данных свидетельствуют о ключевой роли ацетилирования гистонов в пластичности синапсов у млекопитающих (в том числе долговременной потенциации), памяти и поведенческой адаптации к окружающей среде. Первоначальные свидетельства связаны с наблюдением, касающимся больных синдромом Рубинштейна — Тейби: у них мутации, затрагивающие CBP, приводят к умственной отсталости. Кроме того, мыши, мутантные по CREBBP, имели нарушения долговременной памяти[22]. Дальнейшие эксперименты показали, что CBP важен не только для нейронной пластичности, но также выживания нейронов, связанного с их активностью[23], и нейрогенеза[24].
Нарушения со стороны иммунной системы, проявляющиеся у пациентов с синдромом Рубинштейна — Тейби, свидетельствуют о важной роли CBP в функционировании иммунной системы и воспалительных процессах. По-видимому, этот эффект обусловлен ненормально пониженной экспрессией таких важных для иммунитета белков, как CREB, NF-κB, c-jun, c-Fos[англ.], BCL2[англ.] и c-Myc, обусловленной отсутствием активности СВР[25]. В самом деле, регулируя активность транскрипционных факторов NF-κB и AP-1[англ.], которые активируют гены, связанные с хроническим и острым воспалением, СВР может играть важную роль в контроле воспаления на уровне транскрипции[26]. Установлено, что СВР задействован в экспрессии белка CD59, который участвует в защите клеток организма от атак со стороны системы комплемента[27].
CBP и p300 играют важную роль в функционировании фоторецепторов (палочек и колбочек): колбочко-палочковый гомеобоксовый белок (англ.cone-rod homeobox protein, CRX) привлекает их к промоторам необходимых генов, где они ацетилируют гистоны и способствуют их экспрессии. Интересно, что нокаут одного из генов CREBBP и EP300 не оказывал почти никакого эффекта на фоторецепторные клетки, а нокаут обоих генов сильно изменял их морфологию и функционирование. Такой эффект был связан со снижением ацетилирования гистонов Н3 и Н4, что является следствием нефункциональности CBP и p300[31].
Ацетилтрансферазная активность CBP положительно регулируется фосфорилированиемМАР-киназойp42/p44, Cdk2 и протеинкиназой А. При этом фосфорилирование консервативногоостаткасерина в положении 89 (S89) протеинкиназой С-δ снижает ацетилтрансферазную активность СВР. Ацетилтрансферазная активность СВР может изменяться (как в положительную, так и в отрицательную сторону) при взаимодействии с другими белками. Например, она усиливается при взаимодействии с такими транскрипционными факторами, как C/EBP[англ.]-α, NFE2[англ.] и HNF-1α[англ.] и понижается при взаимодействии с транскрипционным фактором PU.1[англ.]. При этом все перечисленные белки взаимодействуют с одним и тем же сайтом СВР — участком СН3. Механизмы того, как белки, взаимодействующие с СВР в одном и том же сайте, влияют на его активность противоположным образом, в настоящий момент не ясны[7].
В настоящее время разрабатываются искусственные ингибиторы CBP, некоторые из которых могут найти потенциальное применение в медицине (например, ICG-001 подавляет рост раковых клеток в поджелудочной железе[33]). Ингибиторы могут связываться, например, с бромодоменом CBP[34][35].
Больные синдромом Рубинштейна-Тейби с характерными лицевыми аномалиями
Мутации в гене CREBBP вызывают синдром Рубинштейна — Тейби (RTS)[36]. Однако RTS может развиваться и при мутациях гена EP300. Пациенты с RTS характеризуются множественными врождёнными пороками, отставании в умственном развитии и постнатальном развитии, микроцефалией, характерными лицевыми аномалиями, широкими, часто заострёнными пальцами рук и увеличенными пальцами ног. Частота встречаемости этого заболевания составляет 1 случай на 100 тысяч—125 тысяч новорождённых[37]. Как правило, пациенты с RTS имеют повышенный риск развития опухолей. У человека фенотипы, проявляющиеся при гаплонедостаточности по CREBBP и при мелких делециях и мутациях, приводящих к образованию укороченной формы белка, не различаются. У мышей гетерозиготная делеция или укорочение CBP приводит к фенотипу, напоминающему RTS. Список описанных мутаций CREBBP, приводящих к развитию RTS, постоянно пополняется[38][39]. В общем случае к RTS приводят те мутации CREBBP, которые подавляют его гистонацетилтрансферазную активность[7].
Хромосомныетранслокации, затрагивающие CREBBP, связывают с острым миелоидным лейкозом (AML)[13][40]. К AML также могут приводить транслокации в EP300. Более того, транслокации, затрагивающие CREBBP и вызывающие AML, могут быть следствием противораковой химиотерапии (например, при лечении рака молочной железы)[41]. В случае этих сбалансированных транслокаций 5'-конец генов MLL, MOZ или MORF сшивается с 3'-концом гена CBP или p300, и наоборот. Это приводит к образованию химерных белков, например, MLL–CBP и CBP–MLL. Химерные белки, у которых CBP (p300) сливается с другим своим С-концом (MLL–CBP, MLL–p300, MOZ–CBP, MOZ–p300, MORF–CBP), по-видимому, играют ключевую роль в лейкемогенезе, а мРНК, кодирующие обратные белки (например, CBP–MLL), у пациентов с AML не обнаруживаются. В отличие от RTS, при котором CBP и p300 нефункциональны, в случае описанных выше транслокаций HAT-домены CBP и p300 остаются интактными в химерных белках. Однако CBP и p300 начинают работать неправильно (например, они работают не с теми последовательностями), поэтому в случае AML имеют место мутации приобретения, а не утраты функции[7].
Другие злокачественные заболевания
В отличие от p300, который является классическим супрессором опухолей, ситуация с CBP менее ясна. С одной стороны, предрасположенность к опухолеобразованию у пациентов с RTS, а также тот факт, что и CBP, и p300 являются мишенями вирусов, изменяющих ДНК (аденовирус, SV40, папилломавирус человека), говорит о том, что CBP тоже может функционировать как опухолевый супрессор. Однако в тех опухолевых клетках, в которых имелись мутации в CREBBP, мутированной оказывалась только одна аллель, другая же оставалась интактной и функциональной. Это противоречит представлению о CBP как о классическом опухолевом супрессоре[7]. Роль СВР была показана в таких видах карциномы, как рак толстой кишки[42], лёгких[43][44], поджелудочной железы[33] и других раковых заболеваниях.
Установлено, что CBP-зависимый сигнальный путь Wnt/β-катенина находится в постоянно активированном состоянии у раковых клеток, устойчивых к действию противоракового препаратадоксорубицина. Нарушение взаимодействия CBP с β-катенином, останавливающее работу сигнального пути, фармакологическим путём может восстановить чувствительность раковых клеток к этому препарату и улучшить прогноз для пациента[45]. Кроме того, показано, что ингибитор комплекса CREB-CBP, нафтол-AS-TR-фосфата, может применяться для лечения рака лёгкого[46].
Нарушения со стороны нервной системы
Многие нейродегенеративные заболевания человека (хорея Хантингтона (HD), синдром Кеннеди[англ.] и другие) связаны с удлинением области полиглутаминовых повторов в определённых белках (в частности, Htt[англ.] в случае HD и андрогенового рецептора при синдроме Кеннеди), которое приводит к образованию нерастворимых агрегатов. Они могут связываться с полиглутаминовыми трактами нормальных белков, в частности, CBP, который имеет участок из 18 остатков глутамина (остатки 2199—2216) в своём Q-обогащённом С-конце. При связывании с такими агрегатами происходит инактивация СВР, которая, по-видимому, и обусловливает их токсичность: эктопическая[англ.] сверхэкспрессия СВР уменьшала смертность клеток в культуре, вызванную образованием глутаминовых агрегатов. В ходе экспериментов с дрозофилами было показано, что развитие нейродегенеративного фенотипа подавлялось при обработке ингибиторами деацетилаз, что служит доказательством необходимости гистонацетилтрансферазной функции CBP для предотвращения развития нейродегенеративных заболеваний[7].
Было показано участие CBP (и р300) в апоптозенейронов, который происходит при болезни Альцгеймера (AD). Предполагается, что при этом СВР разрушается каспазой 6[англ.], что снижает уровень ацетилирования гистонов. Интересно, что увеличение содержания СВР связано с ранним развитием AD. Было продемонстрировано, что опосредованное пресенилином-1 разрезание N-кадгерина приводило к образованию пептида N-Cad/CTF2, который в цитоплазме связывается с СВР и способствует его протеасомному разрушению. Уменьшение количества СВР приводит к подавлению транскрипции генов, активируемых CREB. Мутации пресенилина-1 наблюдаются при семейных формах AD, причём они могут приводить как утрате, так и приобретению функции CBP[7]. Кроме того, показано, что CBP функционирует как регулятор циркадных ритмов, и его разрушение, индуцированное бета-амилоидом, приводит к нарушению циркадных ритмов при AD[47]. Имеются данные, свидетельствующие о связи СВР с развитием бокового амиотрофического склероза. Предполагается, что препараты, компенсирующие утрату функции СВР, могут использоваться в лечении нейродегенеративных заболеваний[48].
Имеются данные, что нарушение гистонацетилтрансферазной активности CBP вызывает проблемы при формировании долговременной памяти[49].
CBP и p300 часто являются мишенями вирусов[19]. Например, показано, что коровый белок вируса гепатита B усиливает транскрипцию генов, подконтрольных CRE, действуя на путь CRE/CREB/CBP[54].
