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不可忽视作用

组亚基去烷基化酶（HDAC， histone deacetylase）是癌症类固醇技术开发领域的最近。在人类所中都共存18种各有不同的HDAC，可以进一步分作为4类：I类HDAC（HDAC1、2、3和8）主要共存于真核细胞中都，主要机制是给组亚基干丝氨酸。II类HDAC进一步分作：IIa类（HDAC4、5、7和9）和IIb类（HDAC6和10）。IV类HDAC11大部份在小脑，肾和卵巢中都表示。III类HDAC与酵母亚基SIR2无关，使用NAD+而不是常用的酶促共应答剂Zn2+。与传统的I类HDAC各有不同，II类HDAC却是是组亚基干丝氨酸酶。这类HDAC的选择性区的一个重要——嘧啶（tyrosine）被甘氨酸（histidine）取代，因而针对组亚基的干丝氨酸选择性比I类HDAC较差1000多倍。因此，II类HDAC被普遍视为却是是一个有活性的酶，而是一个结构上亚基，通过联结其他亚基起选择性作用。一个流行的理论是，II类HDAC可以辨别特定序列里头甘氨酸（lysine）的丝氨酸剪裁，联结上便可以应征别的亚基，比如I类HDAC中都的HDAC3。HDAC3可以提供II类HDAC局限性的去丝氨酸选择性，并且还可以继续联结NCoR/SMRT核苷酸共选择性复合物，从而并不需要影响DNA核苷酸。另一个主要理论是，II类HDAC可以联结一些核苷酸因子（例如myocyte enhancer factor 2， MEF2），从而选择性这些核苷酸因子管控的DNA核苷酸。然而只是因为II类HDAC对组亚基的选择性很较差，就视为II类HDAC从未选择性的推论是不细致的。质谱仪系统性同类型细胞亚基的丝氨酸剪裁发掘出有很多亚基质都可以被丝氨酸化。这些亚基质不大部份大部份包括真核脂质的亚基，还包括细胞质和肝细胞里头的亚基等。另外，菌株并从未组亚基，但是在菌株里头，也发掘出有很多亚基可以被丝氨酸剪裁。这些确实都暗示了II类HDAC很有似乎还是有选择性的，基团是与组亚基各有不同的其他亚基质。一个比较好的例子就是IIb类HDAC6的基团之一是细胞质中都的微管亚基。然而到目前为止，只有很少的IIa类HDAC的基团被发掘出，大部份还是通过过表示的法则表明的，却是一定是但会的生理反应状况下的真正的基团。HDAC4归属于IIa类HDAC，在动物模型外周中都，对多种诱导手部萎缩的兴奋反应后，HDAC4的表示需求量但会增加。在因为衰造成了的手部萎缩症中都，HDAC4在人类所或者动物模型手部中都的表示需求量也但会增加。HDAC4脸部敲除 (constitutive whole body knockout) 的动物模型在出生便立刻因为脊椎生长发育异常而死亡。组织性特异的HDAC4DNA敲除的动物模型的数据显示HDAC4在但会的生理反应状况下不是必须的，但是在阻力或者生病的状况下，它但会有一新机制。因此，进一步了解传染病长时间下HDAC4的分子会特异性似乎但会开辟一新治疗却是需要。2019年10月15日，汉森制药的公司美国技术开发中都心的史隽课题组在Cell Reports发表题为HDAC4 Controls Muscle Homeostasis through Deacetylation of Myosin Hey Chain， PGC-1α， and Hsc70的文章，通过新技术开发的强效的IIa类HDAC特异的多肽会抗病毒，联结DNA敲除的手段，发掘出了三个同类型一新HDAC4酶基团：肌球亚基重链 (myosin hey chain isoforms，MyHC)，PGC-1α和热激亚基70 (Hsc70)，同时还系统性了HDAC4乙烯这些基团的神经细胞生物学含义。之前的很多针对IIa类HDAC的研究文书工作大部份是通过选择性DNA表示的法则来借助的。但是DNA不表示，引发整个亚基表示增加，并很难区分这类亚基作为酶或者是不相关的亚基的机制。而目前发表的广谱的HDAC选择性的多肽会抗病毒，例如TSA， vorinostat (也叫SAHA)， 其实都才会选择性I类HDAC，对IIa类HDAC基本上从未活性。一个由Tempero Pharmaceuticals技术开发的是从叫TMP195的多肽会，算是针对IIa类HDAC比起特异的多肽会抗病毒，但是它对IIa类HDAC的EC50大约在0.2 μM左右，活性却是较低。为了都能能够的研究文书工作IIa类HDAC的机制，汉森的公司技术开发出一个独特的IIa类HDAC抗病毒 -- NVS-HD1，非常强效，EC50 < 1nM。NVS-HD1的却是需要性也很强，对于I类HDAC的EC50 都超过了1 μM。另外的两个多肽会，NVS-HD2和NVS-HD3是同系列化合物的早期的抗病毒。使用这些特异的IIa类HDAC抗病毒，联结传统的DNAknockdown 或者knockout，史隽课题组找到了三个HDAC4 (也似乎是别的IIa类HDAC) 的基团。HDAC4可以去除MyHC上的丝氨酸。MyHC是引发手部收缩的sarcomere的主要成分。选择性 HDAC4可以增加脂质MyHC的需求量，并且在细胞和动物模型中都选择性由地塞米松（dexamethasone）和神经细胞局限性造成了的MyHC的亚基质损失。一个2010年的报道视为外周中都HDAC4的敲除可以选择性能副产物MyHC的E3泛素连接酶MuRF1的DNA核苷酸，从而预防由于去神经细胞造成了的手部萎缩。而这前言揭示了一种各有不同的机制 -- 并不需要管控MyHC亚基。HDAC4过表示但会引发MyHC的副产物，而选择性局限性的D840N突变体则很难。即使MuRF1过表示后，IIa类HDAC抗病毒也足以阻止MyHC的副产物。因而似乎的机理是，HDAC4被选择性后，MyHC上的甘氨酸被烷基化，所以很难被MuRF1加上泛素，也就不但会被泛素亚基体系统副产物。MyHC是外周中都的重要亚基，保持MyHC的亚基需求量就可以预防手部萎缩，并且保持手部收缩机制。相似的机理也适用于HDAC4的另一个基团 -- PGC-1α。在手部特异性PGC-1α转DNA动物模型中都，PGC-1α的mRNA增加了> 10倍，而亚基质大部份增加？3倍，部份主因是PGC-1α但会被立刻副产物（t1/2？15分钟）。NVS-HD1不大部份可以在细胞中都而且可以在家兔中都增加PGC-1α亚基总体，却不显着并不需要影响PGC-1α mRNA总体。NVS-HD1增加的PGC-1α亚基质的需求量也是？3倍，和转DNA动物模型相近。在失神经细胞的动物模型手部中都，即使PGC-1α mRNA总体明显降较差，HDAC4敲除或IIa类HDAC抗病毒也能阻止PGC-1α亚基的增加。选择性所有的 IIa类HDAC比单独的HDAC4局限性视觉效果更明显，与脂质观察到的PGC-1α可以和所有的IIa类HDAC（I类HDAC不行）并不需要联结的结果相符合，暗示了IIa类HDAC中间可以互补选择性作用。PGC-1α是代谢和肝细胞产生通路中都的重要核苷酸共应答因子。过表示PGC-1α的动物模型表现出改善的肝细胞机制，相近于运动后的变化。因此NVS-HD1似乎在肝细胞传染病或者其他代谢传染病中都发挥重要的选择性作用。这前言也发掘出HDAC4可以和Hsc70并不需要联结，并且可以换成Hsc70的第128位甘氨酸的丝氨酸剪裁。当HDAC4的选择性被选择性便，烷基化的Hsc70就很难比较好的联结地塞米松的复合物。但是只有与Hsc70和Hsp90联结的地塞米松的复合物，才是被基本上上应答的可以联结地塞米松的长时间。因而IIa类HDAC抗病毒可以选择性地塞米松和复合物联结，从而预防由它造成了的手部萎缩。Hsc70是许多客户亚基行使但会机制所必需的分子会伴侣，因此其他重要途径也似乎均受HDAC4的恒定。值得注意，这前言还发掘出HDAC3，MEF2并很难和HDAC4并不需要联结。IIa类HDAC抗病毒也并从未并不需要影响MEF2管控的DNA的表示。之前提出的IIa类HDAC作为不相关的亚基的文书工作机理看来在外周中都却是合理。类似说是: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