Substrátová specifita histondeacetylas

Abstract

In the cell, tubulin undergoes post-translational modifications that create functionally distinct microtubules and mark them for specialized functions. Acetylation of Lys40 of α-tubulin is one of such post-translational modifications controlled by the activity of histone deacetylase 6 (HDAC6). The Lys40 acetylation is a hallmark of stable microtubules, it protects them from mechanical aging, influences cell motility as well as axonal branching and maintenance of neuronal processes. Tubulin stands out as the most prominent physiological substrate for HDAC6. Being a multidomain cytosolic protein, HDAC6 is involved in the myriad of cellular processes and is a promising target for the treatment of cancer and neurodegenerative diseases. The understanding of the mechanisms of HDAC6 interactions with its substrates, especially with tubulin, can open avenues for the development of new treatment strategies exploiting highly selective HDAC6 inhibitors. In this thesis, we have investigated the molecular basis of tubulin recognition by HDAC6. We provided a detailed kinetic analysis showing the HDAC6 deacetylation rate of free tubulin is 1500-fold faster than microtubules. Additionally, we have shown that amino acids of the flexible Lys40 loop (except P1 and P-1) make a minor contribution to the substrate...

Tubulin v buňce podléhá posttranslačním modifikacím, jež vytvářejí funkčně odlišné mikrotubuly a označují je pro specializované funkce. Jednou z takovýchto posttranslačních modifikací je acetylace Lys40 α-tubulinu, která je řízena aktivitou histondeacetylasy 6 (HDAC6). Acetylace Lys40 je charakteristickým znakem stabilních mikrotubulů. Chrání je před mechanickým stárnutím, ovlivňuje pohyblivost buněk, jakož i větvení axonů a stabilizaci dendritů. Tubulin vyniká jako nejvýznamnější fyziologický substrát pro HDAC6. HDAC6 je multidoménovým cytosolickým proteinem podílejícím se na nesčetných buněčných procesech a je slibným cílem léčby rakoviny a neurodegenerativních chorob. Pochopení mechanismů interakce HDAC6 s jeho substráty, zejména s tubulinem, může otevřít cestu pro vývoj nových léčebných strategií využívajících vysoce selektivní inhibitory HDAC6. V této práci jsme zkoumala molekulární podstatu jak HDAC6 rozpoznává tubulin. Naše detailní kinetická analýza ukazuje, že deacetylace volného tubulinu pomocí HDAC6 je 1500krát rychlejší než deacetylace mikrotubulů. Dále jsme ukázali, že na rozdíl od aminokyselin podílejících se na podélných a laterálních interakcích mezi tubulinovými dimery, aminokyseliny flexibilní smyčky obsahující Lys40 (s výjimkou míst P1 a P-1) příliš nepřispívají k rozpoznávání...