Бромодоменсодержащий белок 4 (англ. Bromodomain-containing protein 4, BRD4) — хроматинсвязывающий белок, который у человека кодируется геном BRD4. Он узнаёт и связывается с остатками ацетилированного лизина в составе гистонов и других белков. BRD4 принимает участие в регуляции транскрипции и передаче эпигенетической информации при делении клетки. В 2016 году было установлено, что BRD4 обладает собственной гистонацетилтрансферазной активностью.
BRD4 принадлежит к семейству белков BET, содержащих два тандемных бромодомена и экстратерминальный домен. Кроме BRD4, к этому семейству относятся ещё три белка человека: BRD2, BRD3 и BRDT.
Распространение и внутриклеточная локализация
РНК BRD4 и белок присутствуют в подавляющем большинстве типов клеток и тканей.
BRD4 локализован главным образом в ядре клетки, но может присутствовать и в цитоплазме в небольшом количестве.
Структура гена и белка
В результате альтернативного сплайсинга формируются две изоформы белка. Более длинная и более распространённая изоформа состоит из 1362 аминокислотных остатков и имеет молекулярную массу около 152 кДа. Биологическую активность BRD4 связывают именно с этой изоформой. Вторая изоформа укорочена с C-конца, состоит из 723 аминокислотных остатков и имеет молекулярную массу 88 кДа. Короткую изоформу удаётся обнаружить гораздо реже, чем длинную, и её функции неизвестны.
BRD4 содержит два консервативных бромодомена на N-конце молекулы. Бромодомены состоят из четырёх α-спиралей, соединённых подвижными петлями. Вместе спирали и петли формируют гидрофобный карман, который распознаёт остатки ацетиллизина в белках.
C-концевой экстратерминальный домен BRD4 принимает участие в связывании фактора транскрипции P-TEFb.
Функции
Роль в транскрипции
BRD4 выступает в качестве глобального регулятора транскрипции, при этом он может действовать несколькими способами, пассивно и активно.
Транскрипция существенной доли генов многоклеточных организмов останавливается на стадии ранней элонгации, когда длина синтезированной пре-мРНК составляет около 60 нуклеотидов. Одной из причин такой остановки является последовательное присоединение к транскрипционному комплексу негативных регуляторных факторов DSIF (англ. DRB sensitivity inducing factor) и NELF (англ. negative elongation factor), которые блокируют дальнейшее продвижение РНК-полимеразы II. Повторный запуск транскрипции осуществляется при участии фактора P-TEFb. P-TEFb представляет собой гетеродимер, состоящий из циклинзависимой киназы 9 и её регуляторной субъединицы — циклина T1, T2 или K. P-TEFb фосфорилирует DSIF и NELF и тем самым подавляет их активность. Кроме того, P-TEFb фосфорилирует гептадные повторы в С-концевом домене РНК-полимеразы II по положению Ser-2, что также способствует активной элонгации. За привлечение P-TEFb в транскрипционный комплекс отвечает BRD4, который связывается с околопромоторными областями генов за счёт взаимодействия с остатками ацетиллизина в гистонах.
BRD4 является атипичной протеинкиназой: он способен самостоятельно фосфорилировать РНК-полимеразу II по положению Ser-2 при отсутствии явной структурной гомологии с другими протеинкиназами.
Роль в транскрипции отдельных генов
BRD4 стимулирует транскрипцию гена CD274, кодирующего белок PD-L1, независимо от MYC. На примере рака яичника и B-клеточной лимфомы было продемонстрировано, что применение ингибиторов BRD4, таких как JQ1, приводит к снижению количества PD-L1 на поверхности опухолевых клеток и вызывает T-клеточный иммунный ответ на них.
Роль в регуляции структуры хроматина
В 2016 году было установлено, что BRD4 является гистоацетилтрансферазой. Он ацетилирует остатки лизина в N-концевых фрагментах гистонов 3 и 4, а также остаток Lys-122 в гистоне 3. Ацетилирование последнего остатка оказывает более существенное влияние на дестабилизацию нуклеосомы, потому что он находится в глобулярном C-концевом домене гистона и в непосредственном контакте с ДНК. Известны ещё только две гистоацетилтрансферазы, способные ацетилировать Lys-122 в гистоне 3: p300 и CBP. Гистонацетилтрансферазная активность BRD4 вызывает декомпактизацию хроматина (а следовательно, стимулирует транскрипцию) во многих участках генома, в том числе в районе генов MYC, FOS и AURKB.
Роль в заболеваниях человека
Впервые особая роль BRD4 в заболеваниях человека была описана при анализе редкого типа карциномы, характеризующегося хромосомной транслокацией t(15;19). При данной транслокации происходит слияние первой половины гена BRD4 и практический всей кодирующей области гена NUT. В результате формируется химерный онкобелок BRD4-NUT, который отвечает за необычно агрессивный характер данной карциномы.