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或缺作用

组细胞器内去脯氨酸蛋白（HDAC， histone deacetylase）是癌症药物研制各个领域的热点。在人类中会存在18种多种不同的HDAC，可以更进一步细划分4类：I类HDAC（HDAC1、2、3和8）主要存在于细胞器核中会，主要功能是给组细胞器内扶甲基。II类HDAC更进一步划分：IIa类（HDAC4、5、7和9）和IIb类（HDAC6和10）。IV类HDAC11大部分在脑部，小肠和阴囊中会强调。III类HDAC与酵母细胞器内SIR2相关，使用NAD+而不是惯用的蛋白促共激活剂Zn2+。与传统的I类HDAC多种不同，II类HDAC相当是组细胞器内扶甲基蛋白。这类HDAC的蛋白区的一个极其重要——酪氨酸（tyrosine）被乙酰（histidine）摒弃，因而针对组细胞器内的扶甲基蛋白比I类HDAC低1000多倍。因此，II类HDAC被普遍指出相当是一个有活性的蛋白，而是一个结构细胞器内，通过混合其他细胞器内起作用。一个风靡一时的理论是，II类HDAC可以识别特定基因序列组中都丝氨酸（lysine）的甲基修饰，混合上在此之后可以招募别的细胞器内，比如I类HDAC中会的HDAC3。HDAC3可以共享II类HDAC有缺陷的去甲基蛋白，并且还可以暂时混合NCoR/SMRT酪氨酸共诱导核糖体，从而负面影响基因序列酪氨酸。另一个主要理论是，II类HDAC可以混合一些酪氨酸变异（例如myocyte enhancer factor 2， MEF2），从而诱导这些酪氨酸变异基因序列表达的基因序列酪氨酸。然而只是因为II类HDAC对组细胞器内的蛋白高得多，就指出II类HDAC并未蛋白的推论是不缜密的。光谱学深入研究全细胞器细胞器内的甲基修饰推断出有很多细胞器内质都可以被甲基化。这些细胞器内质不大部分大部分包括细胞器核内的细胞器内，值得注意细胞器质和细胞内中都的细胞器内等。另外，细菌并并未组细胞器内，但是在细菌中都，也推断出有很多细胞器内可以被甲基修饰。这些确凿证据都或许了II类HDAC很有可能还是有蛋白的，底物是与组细胞器内多种不同的其他细胞器内质。一个很好的都是就是IIb类HDAC6的底物之一是细胞器质中会的微管细胞器内。然而到在此之前，只有很少的IIa类HDAC的底物被推断出，几乎还是通过过强调的方法证明的，相当一定是正常人的环境污染因素环境污染下的显然的底物。HDAC4统称IIa类HDAC，在活体神经系统中会，对多种诱导关节剧减的刺激反应后，HDAC4的强调使用量亦会缩减。在因为衰引致的关节剧减症中会，HDAC4在人类或者活体关节中会的强调使用量也亦会缩减。HDAC4全身敲除 (constitutive whole body knockout) 的活体在出最初生在此之后便因为骨骼发育极度而死亡。组织性特异的HDAC4基因序列敲除的活体的原始数据显示HDAC4在正常人的环境污染因素环境污染下不是必须的，但是在担忧或者生病的环境污染下，它亦会有原先功能。因此，更进一步了解哮喘状态下HDAC4的大分子遗传物质可能亦会修筑原先治疗必需。2019年10月15日，普利制药母公司American研制中会心的史隽课题组在Cell Reports刊登二本书HDAC4 Controls Muscle Homeostasis through Deacetylation of Myosin Hey Chain， PGC-1α， and Hsc70的社论，通过最初研制的强效的IIa类HDAC特异的小大分子诱导剂，混合基因序列敲除的伎俩，推断出了三个全原先HDAC4蛋白底物：肌球细胞器内重链 (myosin hey chain isoforms，MyHC)，PGC-1α和热激细胞器内70 (Hsc70)，同时还深入研究了HDAC4催化这些底物的生物化学内涵。以前的很多针对IIa类HDAC的研究课题几乎是通过诱导基因序列强调的方法来解决问题的。但是基因序列不强调，导致整个细胞器内强调减少，并无法区隔这类细胞器内作为蛋白或者是功能性细胞器内的功能。而现今刊登的曾三度的HDAC蛋白的小大分子诱导剂，例如TSA， vorinostat (也叫SAHA)， 其实都不能诱导I类HDAC，对IIa类HDAC基本并未活性。一个由Tempero Pharmaceuticals开发的称之为叫TMP195的小大分子，算是针对IIa类HDAC尤其特异的小大分子诱导剂，但是它对IIa类HDAC的EC50左右在0.2 μM左右，活性相当颇高。为了能够能够的研究课题IIa类HDAC的功能，普利母公司研制出最初一个最初颖的IIa类HDAC诱导剂 ；还有 NVS-HD1，颇为强效，EC50 < 1nM。NVS-HD1的必需性也很强，对于I类HDAC的EC50 都超过了1 μM。另外的两个小大分子，NVS-HD2和NVS-HD3是同系列化合物的早期的诱导剂。使用这些特异的IIa类HDAC诱导剂，混合传统的基因序列knockdown 或者knockout，史隽课题组找到了三个HDAC4 (也可能是别的IIa类HDAC) 的底物。HDAC4可以去除MyHC上的甲基。MyHC是导致关节收缩的sarcomere的主要成分。诱导 HDAC4可以缩减细胞器内MyHC的使用量，并且在细胞器和活体中会诱导由利尿剂（dexamethasone）和神经有缺陷引致的MyHC的细胞器内质损失。一个2010年的报道指出神经系统中会HDAC4的敲除可以诱导能降解MyHC的E3泛素连接蛋白MuRF1的基因序列酪氨酸，从而预防由于去神经引致的关节剧减。而这篇社论揭示了一种多种不同的机制 ；还有 从外部基因序列表达MyHC细胞器内。HDAC4过强调亦会导致MyHC的降解，而蛋白有缺陷的D840N突变体则无法。即使MuRF1过强调后，IIa类HDAC诱导剂也足以阻止MyHC的降解。因而可能的机理是，HDAC4被诱导后，MyHC上的丝氨酸被脯氨酸，所以无法被MuRF1加上泛素，也就不亦会被泛素细胞器内体系统降解。MyHC是神经系统中会的极其重要细胞器内，保持MyHC的细胞器内使用量就可以预防关节剧减，并且保持关节收缩功能。相似的机理也适用于HDAC4的另一个底物 ；还有 PGC-1α。在关节特异性PGC-1α转基因序列活体中会，PGC-1α的mRNA缩减了> 10倍，而细胞器内质大部分缩减？3倍，部分理由是PGC-1α亦会被便降解（t1/2？15分钟）。NVS-HD1不大部分可以在细胞器中会而且可以在家兔中会缩减PGC-1α细胞器内高水平，却于其着负面影响PGC-1α mRNA高水平。NVS-HD1缩减的PGC-1α细胞器内质的使用量也是？3倍，和转基因序列活体类似。在失神经的活体关节中会，即使PGC-1α mRNA高水平突出降低，HDAC4敲除或IIa类HDAC诱导剂也能阻止PGC-1α细胞器内的减少。诱导所有的 IIa类HDAC比实质上的HDAC4有缺陷真实感更突出，与细胞器内仔细观察到的PGC-1α可以和所有的IIa类HDAC（I类HDAC不行）从外部混合的结果相符合，或许了IIa类HDAC二者之间可以互补作用。PGC-1α是代谢和细胞内造成了通路中会的极其重要酪氨酸共激活变异。过强调PGC-1α的活体乏善可陈出最初改善的细胞内功能，区别于运动后的巨大变化。因此NVS-HD1可能在细胞内哮喘或者其他代谢哮喘中会发挥极其重要的作用。这篇社论也推断出HDAC4可以和Hsc70从外部混合，并且可以去掉Hsc70的第128位丝氨酸的甲基修饰。当HDAC4的蛋白被诱导在此之后，脯氨酸的Hsc70就无法很好的混合利尿剂的酶。但是只有与Hsc70和Hsp90混合的利尿剂的酶，才是被无论如何激活的可以混合利尿剂的状态。因而IIa类HDAC诱导剂可以诱导利尿剂和酶混合，从而预防由它引致的关节剧减。Hsc70是许多客户服务细胞器内行使正常人功能所必需的大分子家庭成员，因此其他极其重要途径也可能受HDAC4的调节。正因如此，这篇社论还推断出HDAC3，MEF2并无法和HDAC4从外部混合。IIa类HDAC诱导剂也并并未负面影响MEF2基因序列表达的基因序列的强调。以前提出最初的IIa类HDAC作为功能性细胞器内的指导工作机理确实在神经系统中会相当适当。原始出最初处: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