Cell Rep │ 史隽课题组揭示3个全新的HDAC4酶活性底物及其在肌肉萎缩症中的重要抑制作用

遗传物质去乙酰化蛋白（HDAC， histone deacetylase）是癌症药品研制领域的区域性。在本能之中共存18种不尽相同的HDAC，可以更进一步细分为4类：I类HDAC（HDAC1、2、3和8）主要共存于细胞核之中，主要功用是给遗传物质脱羧酸。II类HDAC更进一步分为：IIa类（HDAC4、5、7和9）和IIb类（HDAC6和10）。IV类HDAC11仅在大脑，肾和阴茎之中表达成来。III类HDAC与酵母蛋白SIR2特别，应用于NAD+而不是常用的蛋白促共激活剂Zn2+。与习惯的I类HDAC不尽相同，II类HDAC并不是遗传物质脱羧酸蛋白。这类HDAC的胺基酸区的一个极其重要——酪氨酸（tyrosine）被天冬氨酸（histidine）引入，因而针对遗传物质的脱羧酸胺基酸比I类HDAC很低1000多倍。因此，II类HDAC被普遍显然并不是一个有活性的蛋白，而是一个本体蛋白，通过转化其他蛋白起依赖性。一个流行的工具论是，II类HDAC可以标识特定序列里胺基酸（lysine）的羧酸修饰，转化上自此可以招募别的蛋白，比如I类HDAC之中的HDAC3。HDAC3可以提供II类HDAC缺惜的去羧酸胺基酸，并且还可以继续转化NCoR/SMRT核糖体共诱发复合物，从而不良影响等位基因核糖体。另一个主要工具论是，II类HDAC可以转化一些核糖体因子（例如myocyte enhancer factor 2， MEF2），从而诱发这些核糖体因子调控的等位基因核糖体。然而只是因为II类HDAC对遗传物质的胺基酸很很低，就显然II类HDAC很难胺基酸的归纳是不严谨的。质谱数据分析以外细胞蛋白的羧酸修饰找到有很多蛋白质都可以被羧酸化。这些蛋白质不仅仅包含细胞核内的蛋白，还包含细胞质和肝细胞里的蛋白等。另外，大肠杆菌并很难遗传物质，但是在大肠杆菌里，也找到有很多蛋白可以被羧酸修饰。这些证据都暗示了II类HDAC很有可能还是有胺基酸的，残基是与遗传物质不尽相同的其他蛋白质。一个比较好的案例就是IIb类HDAC6的残基之一是细胞质之中的微管蛋白。然而到在此之前为止，只有非常少的IIa类HDAC的残基被找到，大大多还是通过过表达成来的工具证明的，并不一定是正常人的表征状况下的或许的残基。HDAC4属于IIa类HDAC，在肠道肌肉组织之中，对多种诱发躯干消退的刺激反应后，HDAC4的表达成来量都会减很低。在因为穷造成了的躯干消退症之中，HDAC4在本能或者肠道躯干之中的表达成来量也都会减很低。HDAC4下半身敲除 (constitutive whole body knockout) 的肠道在祖父母自此迅速因为骨骼发育异常而生还。组织性特异的HDAC4等位基因敲除的肠道的数据显示HDAC4在正常人的表征状况下不是必须的，但是在压力或者生病的状况下，它都会有新近的功用。因此，更进一步了解病症稳定状态下HDAC4的水分子特异性则都会开辟新近的病人选择。2019年10同年15日，诺华制药一些公司美国研制之中心的文化史隽课题组在Cell Reports登载题为HDAC4 Controls Muscle Homeostasis through Deacetylation of Myosin Hey Chain， PGC-1α， and Hsc70的篇名，通过新近研制的引人瞩目的IIa类HDAC特异的小水分子诱发，转化等位基因敲除的手段，找到了三个以外新近的HDAC4蛋白残基：细胞骨架重链 (myosin hey chain isoforms，MyHC)，PGC-1α和热激蛋白70 (Hsc70)，同时还数据分析了HDAC4催化这些残基的表征学意义。以前的很多针对IIa类HDAC的研究者大大多是通过诱发等位介导成来的工具来实现的。但是等位基因不表达成来，引致整个蛋白表达成来减少，并只能区分这类蛋白作为蛋白或者是本体性蛋白的功用。而在此之前登载的类似物的HDAC胺基酸的小水分子诱发，例如TSA， vorinostat (也叫SAHA)， 其实都只能诱发I类HDAC，对IIa类HDAC基本上很难活性。一个由Tempero Pharmaceuticals开发的比如说叫TMP195的小水分子，即使如此针对IIa类HDAC比较特异的小水分子诱发，但是它对IIa类HDAC的EC50大约在0.2 μM将近，活性并不很高。为了能够更好的研究者IIa类HDAC的功用，诺华一些公司研制成一个新近颖的IIa类HDAC诱发 -- NVS-HD1，非常引人瞩目，EC50 < 1nM。NVS-HD1的选择性也很强，对于I类HDAC的EC50 都超过了1 μM。另外的两个小水分子，NVS-HD2和NVS-HD3是同系列化合物的早期的诱发。应用于这些特异的IIa类HDAC诱发，转化习惯的等位基因knockdown 或者knockout，文化史隽课题组找到了三个HDAC4 (也可能是别的IIa类HDAC) 的残基。HDAC4可以去除MyHC上的羧酸。MyHC是引致躯干收缩的sarcomere的主要成分。诱发 HDAC4可以减很低细胞内MyHC的量，并且在细胞和肠道之中诱发由镇静剂（dexamethasone）和中枢神经系统缺惜造成了的MyHC的蛋白质损惜。一个2010年的报道显然肌肉组织之中HDAC4的敲除可以诱发能分解MyHC的E3泛素连接蛋白MuRF1的等位基因核糖体，从而预防由于去中枢神经系统造成了的躯干消退。而这篇篇名揭示了一种不尽相同的机制 -- 并不需要调控MyHC蛋白。HDAC4过表达成来都会引致MyHC的分解，而胺基酸缺惜的D840N突变体则只能。即使MuRF1过表达成来后，IIa类HDAC诱发也足以阻止MyHC的分解。因而可能的机理是，HDAC4被诱发后，MyHC上的胺基酸被乙酰化，所以只能被MuRF1加上泛素，也就不都会被泛素蛋白体系统分解。MyHC是肌肉组织之中的极其重要蛋白，保持MyHC的蛋白量就可以预防躯干消退，并且保持躯干收缩功用。相似的机理也适用于HDAC4的另一个残基 -- PGC-1α。在躯干特异性PGC-1α转等位基因肠道之中，PGC-1α的mRNA减很低了> 10倍，而蛋白质仅减很低？3倍，大多原因是PGC-1α都会被迅速分解（t1/2？15分钟）。NVS-HD1不仅可以在细胞之中而且可以在大鼠之中减很低PGC-1α蛋白总体，却不显着不良影响PGC-1α mRNA总体。NVS-HD1减很低的PGC-1α蛋白质的量也是？3倍，和转等位基因肠道类似。在惜中枢神经系统的肠道躯干之中，即使PGC-1α mRNA总体明显降很低，HDAC4敲除或IIa类HDAC诱发也能阻止PGC-1α蛋白的减少。诱发所有的 IIa类HDAC比实质上的HDAC4缺惜效果更明显，与细胞内观察到的PGC-1α可以和所有的IIa类HDAC（I类HDAC不行）并不需要转化的结果相符合，暗示了IIa类HDAC二者之间可以互补依赖性。PGC-1α是代谢和肝细胞造成通路之中的极其重要核糖体共激活因子。过表达成来PGC-1α的肠道体现成强化的肝细胞功用，区别于运动后的变化。因此NVS-HD1可能在肝细胞病症或者其他代谢病症之中发挥极其重要的依赖性。这篇篇名也找到HDAC4可以和Hsc70并不需要转化，并且可以去掉Hsc70的第128位胺基酸的羧酸修饰。当HDAC4的胺基酸被诱发自此，乙酰化的Hsc70就只能比较好的转化镇静剂的受体。但是只有与Hsc70和Hsp90转化的镇静剂的受体，才是被完以外激活的可以转化镇静剂的稳定状态。因而IIa类HDAC诱发可以诱发镇静剂和受体转化，从而预防由它造成了的躯干消退。Hsc70是许多客户蛋白有权正常人功用所所需的水分子伴侣，因此其他极其重要途径也可能受HDAC4的调节。特别之处，这篇篇名还找到HDAC3，MEF2并只能和HDAC4并不需要转化。IIa类HDAC诱发也并很难不良影响MEF2调控的等位基因的表达成来。以前提成的IIa类HDAC作为本体性蛋白的实习机理似乎在肌肉组织之中并不适当。原始成处:M.Cadena1,JiangZhu1,ChikwenduIbebunjo1,et al.HDAC4 Controls Muscle Homeostasis through Deacetylation of Myosin Hey Chain, PGC-1α, and Hsc70Author links open overlay panel.ce11 rep.Volume 29, Issue 3, 15 October 2019, Pages 749-763.e12