ヒストンの翻訳後修飾として、これらのタンパク質のアミノ末端に存在する保存リジン残基のɛ-アミノ基のアセチル化が重要である。 アセチル化によって正電荷を帯びたリジンが中和されるため、ヒストンと他のタンパク質やDNAとの相互作用に影響を与える。 ヒストンのアセチル化は、長い間、転写活性の高いクロマチンと関連しており、また、DNA複製の際のヒストンの沈着にも関与している(1, 2)。 ヒストンアセチルトランスフェラーゼ（HAT）遺伝子は、1995年に酵母のHAT1遺伝子が初めてクローニングされました（3）。 その後、HAT1タンパク質は細胞質にあってヒストンの沈着に関与していることが示唆されたが（4）、酵母hat1変異体の表現型がないこと、またヒトと酵母の酵素がともに核内にあるという最近の証拠（文献5；S. Tafrov and R.S.,
この分野における大きなブレークスルーは、繊毛虫テトラヒメナの大核からHATであるHAT Aを精製しクローニングしたことである(6)。 HAT Aの塩基配列は、酵母の転写活性化因子として知られるGCN5と類似していることがわかった。 それ以来、GCN5（および関連するP/CAF）は、ヌクレオソーム上で活性を持ち、転写の開始を促進する保存されたHATであることが多くの研究によって明らかにされている（文献7に総説あり）。 興味深いことに、GCN5単体では遊離ヒストン（特にH3のLys-14）をアセチル化することができるが、ヌクレオソームはアセチル化しない。 GCN5がヌクレオソームをアセチル化するには、酵母のAdaとSAGAと呼ばれる2つの大きなタンパク質複合体のうちの1つに含まれていることが必要である（8）。 ここ数年、GCN5とは無関係であるが、転写活性化に関与するいくつかの哺乳類タンパク質がHAT活性を持つことが示されている。 これらのタンパク質には、CBP/p300、TAF250、ACTR、SRC-1が含まれる(9-12)。 このように、ヌクレオソームのヒストンアセチル化は多段階の遺伝子活性化プロセスの重要な要素であることが明らかになりつつある。
本号では、Trievelら（13）が酵母GCN5の触媒的HATドメインの結晶構造を報告した。 このドメインは439aのタンパク質の99-262残基を包含している。 その構造の一部は、4本の逆平行β鎖（β1-4）、それに続くαヘリックス（α3）および別のβ鎖（β5）からなり、Fig.1.1に示されている。 GCN5のこの部分は、酵母のHAT1（14）や、ヒストン以外の基質を持つN-アセチルトランスフェラーゼ、すなわちアミノグリコシド3-N-アセチルトランスフェラーゼ（AAT；文献15）とセロトニンN-アセチルトランスフェラーゼ（16）と非常によく似た構造を持っている。 これらの酵素は、いずれも配列解析によりGCN5などの既知のN-アセチルトランスフェラーゼに類似したタンパク質ファミリーのメンバーであり、GNATスーパーファミリーと呼ばれている(17)。 このスーパーファミリーのメンバーは、アセチルCoAから一級アミノ基へアセチル基を転移するという共通の特徴を持つが、酵素によって全く異なるアミノ基、すなわち HATの場合はリジン上のα-アミノ基、ARD1やMAK3のような酵素の場合はタンパク質のN末端上のα-アミノ基、AAT (15) やGNA1 (18, 19) の場合は糖、セロトニンN-アセチルトランスフェラーゼ (16) はセロトニンにアセチル基を付加するというようにである。 GNATスーパーファミリーの全てのメンバーはモチーフAと呼ばれる保存されたモチーフ（図中赤で示す）を持っており1）、ほとんどのメンバーはBとDと呼ばれる他の2つの保存されたモチーフを持っている。
GCN5のリボン図。4つのN-アセチルトランスフェラーゼとN-ミリストイル転移酵素で見つかった保存コアを示している。 GNATスーパーファミリーのモチーフAは赤で示されている。 HAT1に存在するアセチルCoAがGCN5構造にモデル化されている。 アセチルCoA中の硫黄は黄色で示した。
これらの多様なN-アセチルトランスフェラーゼが共通して持つ唯一の基質であることから、GNATスーパーファミリーの保存モチーフがアセチルCoAの結合に関与することが予測された(17)。 実際、HAT1とアセチルCoAとの結合構造から、モチーフAがCoA結合に関与していることが確認されたし(14)、アミノグリコシド3-N-アセチルトランスフェラーゼの構造研究(15)やセロトニンN-アセチルトランスフェラーゼ(20)も同様であった。 Fig.11では、HAT1での位置からGCN5構造にアセチルCoAをモデル化している（13, 14）。 アセチルCoAは、β-ストランド4と5の間に形成されるV字型のクレフトに結合している。 GNATファミリーで高度に保存されたモチーフAは、アセチルCoAのピロリン酸部位に結合する。 CoAのパントテン酸およびβ-メルカプトエタノールアミンユニットはβ4に沿って配向し、水素結合しているため、β-ストランドを模倣している。
Trievel ら（13）はGCN5による触媒作用の機構を提案している。 彼らは、グルタミン酸残基（Glu-173）がアセチル化されるリジン上のNH3+基からプロトンを抽出する位置にあり、その結果、電荷のないアミノ基がアセチルCoAの反応性チオエステル基のカルボニル炭素に求核攻撃を行うことができることを示唆している。 図22は、GCN5（黄色）とHAT1（赤色）の推定活性部位領域とアセチルCoAを結合させた状態の重ね合わせである。 ここでも、この領域で2つのタンパク質がいかに構造的に似ているかに注目される。 Trievelらの提案によると、GCN5のGlu-173は、特にその側鎖の向きを変えた後、塩基触媒反応を行うために、入ってくるリジンに十分近い位置にあるのだろう。 実際、Glu-173をGlnに変異させると、in vivoとin vitroで活性が消失する(13)。 HAT1では対応する位置にGluやAsp残基はない。 しかし、我々は、クレフトの隣接するβ鎖上のHAT1のGlu-255またはAsp-256が、同じ触媒機能を果たしうる位置にあることに注目している（図（Fig.2）.2）。 これらの残基はまだ変異していない。
GCN5のβ4-α3-β5（黄色）とHAT1の対応領域（赤色）を重ね合わせた図。 タンパク質はアセチルCoAが結合したCαトレースとして表現されている。 GCN5のGlu-173は触媒作用に関与していると考えられ、HAT1のGlu-255とAsp-256残基と同様にボールとスティックで表現した。
GCN5、HAT1、および他の2つのGNATスーパーファミリーの構造から、アセチルCoAの結合部位を含む保存されたコア部分を共有していることが明らかになっている（図1）.1）。 興味深いことに、N-ミリストイル転移酵素は、基質タンパク質のN末端にあるグリシンのα-アミノ基にミリストイルCoAからはるかに大きなアシル基を転移するにもかかわらず、上述のN-アセチルトランスフェラーゼと同様の構造を持っている（21, 22）。 一方、水酸基をアセチル化するクロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼは、同様の構造を持っていない。 多様な基質のアミノ基をアセチル化するGNAT酵素は、いずれも非常によく似た方法でアセチルCoAと結合し、おそらく同じような触媒機構を共有していると思われる。 もちろん、これらの酵素は、アセチル化される基質と結合する領域が異なる。 HATに関しては、次の目標はヒストンやペプチドの基質が酵素に結合した構造を決定することであろう
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