TESTO

Il gene CHD1 codifica una proteina di rimodellamento della cromatina ATP-dipendente ubiquitamente espressa che regola l’apertura della cromatina e svolge un ruolo nella trascrizione (sintesi di Pilarowski et al., 2018).

Il gene murino ‘chromodomain helicase DNA-binding protein-1’ (Chd1) è stato isolato da Delmas et al. (1993) in una ricerca di proteine che legano un elemento promotore del DNA. La presenza di domini cromatici (chromatin organization modifier) e di un dominio helicase/ATPase correlato a SNF2 ha portato alla speculazione che questo gene regola la struttura della cromatina o la trascrizione genica. Woodage et al. (1997) clonato e caratterizzato 3 nuovi geni umani legati al gene del topo Chd1, indicato come CHD1, CHD2 (602119) e CHD3 (602120). CHD1 umano codifica una proteina predetta da 1.709 aminoacidi che condivide l’identità del 95,5% con il polipeptide Chd1 del topo da 1.711 aminoacidi. L’esame dei database di sequenza ha rivelato diversi geni più correlati, la maggior parte dei quali non erano noti per essere simili al topo Chd1, producendo un totale di 12 geni CHD altamente conservati da organismi diversi come lievito e mammiferi. La principale regione di variazione della sequenza è nella parte C-terminale delle proteine, una regione con attività di legame del DNA nel topo Chd1. La delezione mirata del solo gene CHD di Saccharomyces cerevisiae ha dimostrato che i ceppi di delezione erano meno sensibili di wildtype all’effetto citotossico del 6-azauracile. Questa scoperta ha suggerito a Woodage et al. (1997) che ha migliorato l’arresto trascrizionale nei siti di pausa della RNA polimerasi II a causa della deplezione del pool nucleotidico indotta da 6-azauracile è stata ridotta nel ceppo di delezione e che il lievito CHD1 ha inibito la trascrizione. Questa osservazione, insieme ai ruoli noti di altre proteine con domini di elicasi/ATPasi correlati a cromo o SNF2, ha suggerito che l’alterazione dell’espressione genica da parte dei geni CHD potrebbe verificarsi mediante modifica della struttura della cromatina, che potrebbe alterare l’accesso dell’apparato trascrizionale al suo modello di DNA cromosomico.

Il lievito SAGA (Spt-Ada-Gcn5 acetiltransferasi) e SLIK (SAGA-like) sono 2 complessi HAT multisubunitari altamente omologhi e conservati, che acetilano preferenzialmente gli istoni H3 (vedi 602810) e H2B (vedi 609904) e l’istone deubiquitinato H2B. Pray-Grant et al. (2005) ha identificato la proteina Chd1 di rimodellamento della cromatina come componente di SAGA e SLIK. I loro risultati hanno indicato che 1 dei 2 cromodomains di Chd1 specificamente interagisce con il segno metilato lys4 sull’istone H3 che è associato con attività trascrizionale. Inoltre, il complesso SLIK ha mostrato una maggiore acetilazione di un substrato metilato e questa attività dipendeva da un cromodominio funzionale legante il metile, sia in vitro che in vivo.

Flanagan et al. (2005) ha descritto la struttura della disposizione in tandem dei cromodomini CHD1 umani e le sue interazioni con le code istoniche. A differenza delle proteine HP1 (vedi 604478) e Polycomb (vedi 602770) che utilizzano singole cromodomains per legarsi alle rispettive code di istone H3 metilate, le 2 cromodomains di CHD1 cooperano per interagire con 1 coda H3 metilata. Flanagan et al. (2005) ha dimostrato che le cromodomains doppie CHD1 umane colpiscono la coda dell’istone H3 lisina-4-metilato (H3K4me), un segno distintivo della cromatina attiva. Il riconoscimento del metilammonio coinvolge 2 residui aromatici, non la gabbia aromatica a 3 residui utilizzata dalle cromodomains delle proteine HP1 e Polycomb. Inoltre, inserti unici all’interno di chromodomain 1 di CHD1 bloccano il sito previsto di H3 tail binding visto in HP1 e Polycomb, dirigendo invece il binding H3 su una scanalatura nella giunzione intercromodomain.

Gaspar-Maia et al. (2009) ha dimostrato che il fattore di rimodellamento della cromatina Chd1 è necessario per mantenere la cromatina aperta delle cellule staminali embrionali pluripotenti di topo. Chd1 è una proteina euchromatin che associa con i promotori dei geni attivi e downregulation di Chd1 piombo ad accumulazione di heterochromatin. Le cellule staminali embrionali carenti di Chd1 non sono più pluripotenti, perché non sono in grado di dare origine a endodermi primitivi e hanno un’alta propensione alla differenziazione neurale. Inoltre, la Chd1 è necessaria per una riprogrammazione efficiente dei fibroblasti allo stato delle cellule staminali pluripotenti. Gaspar-Maia et al. (2009) ha concluso che la Chd1 è essenziale per la cromatina aperta e la pluripotenza delle cellule staminali embrionali e per la riprogrammazione delle cellule somatiche allo stato pluripotente.

Zhao et al. (2017) ha cercato di identificare i geni “sintetici-essenziali” nel cancro: quelli che vengono occasionalmente cancellati in alcuni tumori, ma sono quasi sempre mantenuti nel contesto di una specifica carenza di soppressore tumorale. Hanno postulato che tali geni essenziali sintetici sarebbero bersagli terapeutici nei tumori che ospitano specifiche carenze di soppressori tumorali. Oltre alle note interazioni sintetico-letali, questo approccio ha scoperto il fattore di legame al DNA della cromatina elicasi CHD1 come un presunto gene essenziale sintetico nei tumori carenti di PTEN (601728). Nei tumori della prostata e della mammella PTEN-carenti, la deplezione di CHD1 sopprime profondamente e specificamente la proliferazione cellulare, la sopravvivenza cellulare e il potenziale tumorigeno. Meccanicamente, PTEN funzionale stimola la fosforilazione mediata da GSK3-beta (605004) dei domini CHD1 degron, che promuove la degradazione di CHD1 attraverso la via di ubiquitinazione-proteasoma mediata da beta-TrCP (BTRC; 603482). Al contrario, la carenza di PTEN provoca la stabilizzazione di CHD1, che a sua volta impegna l’istone trimetil lisina-4 H3 (H3K4me3; vedi 602810) modifica per attivare la trascrizione della rete genica protumorigena TNF (191160)-NF-kappa-B (vedi 164011). Zhao et al. (2017) ha concluso che il loro studio ha identificato un nuovo percorso PTEN nel cancro e ha fornito un quadro per la scoperta di obiettivi “rintracciabili” nei tumori che presentano specifiche carenze di soppressori tumorali.

Woodage et al. (1997) mappato il gene umano CHD1 a 5q15-q21 mediante screening PCR della libreria CEPH YAC.

In 5 ragazze non correlate con sindrome di Pilarowski-Bjornsson (PILBOS; 617682), Pilarowski et al. (2018) ha identificato mutazioni missense eterozigoti nel gene CHD1 (vedi, ad esempio, 602118.0001-602118.0004). Hanno identificato una mutazione eterozigote in CHD1 in un’altra ragazza con un disturbo dello sviluppo neurologico, ma ha anche portato mutazioni bialleliche, probabilmente patogene nel gene WDR62 (613583) e quindi non è stato studiato ulteriormente. Tutti i pazienti sono stati identificati attraverso studi di sequenziamento dell’intero esoma e la collaborazione con altri ricercatori attraverso il database GeneMatcher. I 5 pazienti rimanenti avevano tutti mutazioni che influenzavano la perdita di un’arginina e molte delle mutazioni erano localizzate in regioni strutturalmente importanti. Le cellule derivate da uno dei pazienti hanno mostrato un aumento globale di una modificazione chiusa della cromatina (H3K27me3) rispetto alle cellule di controllo, suggerendo che la mutazione avesse effetti funzionali. Negli altri pazienti non sono stati effettuati studi funzionali in vitro e studi sulle cellule dei pazienti. Gli autori hanno identificato 3 pazienti precedentemente descritti in ampie indagini su individui con autismo che avevano mutazioni de novo missense (L1016V e R1203Q) e nonsense (Leu1517fsTer) nel gene CHD1; tuttavia, le informazioni fenotipiche fornite in questi rapporti erano limitate. Era stato riportato un ulteriore paziente con una delezione che comprendeva il gene RGMB (612687) e la maggior parte del gene CHD1, ma questo bambino non aveva anomalie dello sviluppo neurologico. Pilarowski et al. (2018) ha concluso che le mutazioni missense nel gene CHD1 possono causare difetti dello sviluppo neurologico attraverso un effetto negativo dominante piuttosto che attraverso l’aploinsufficienza.