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关键作用

鸟嘌呤去乙酰解构蛋白（HDAC， histone deacetylase）是癌症药物合作开发领域的热点。在人类文明里头存在18种并不相同的HDAC，可以大幅度分为为4类：I类HDAC（HDAC1、2、3和8）主要存在于细胞内里头，主要功能性是给鸟嘌呤；大乙酰基。II类HDAC大幅度分为：IIa类（HDAC4、5、7和9）和IIb类（HDAC6和10）。IV类HDAC11仅在脑，肾和睾丸里头解读。III类HDAC与大肠杆菌受体SIR2相关，使用NAD+而不是常用的蛋白促共转录剂Zn2+。与有别于的I类HDAC并不相同，II类HDAC并不是鸟嘌呤；大乙酰基蛋白。这类HDAC的丝氨酸区的一个重要——乙酰（tyrosine）被组氨酸（histidine）改用，因而针对鸟嘌呤的；大乙酰基丝氨酸比I类HDAC低1000多倍。因此，II类HDAC被普遍视为并不是一个有活性的蛋白，而是一个形态受体，通过建构其他受体起作用。一个流行的理论是，II类HDAC可以识别特定序列里头甘氨酸（lysine）的乙酰基形态上，建构上之后可以招募别的受体，比如I类HDAC里头的HDAC3。HDAC3可以获取II类HDAC遗漏的去乙酰基丝氨酸，并且还可以继续建构NCoR/SMRT转录共抑制作用蛋白，从而制约基因组转录。另一个主要理论是，II类HDAC可以建构一些转录因子（例如myocyte enhancer factor 2， MEF2），从而抑制作用这些转录因子依赖性的基因组转录。然而只是因为II类HDAC对鸟嘌呤的丝氨酸很低，就视为II类HDAC没有人丝氨酸的解释是不细致的。质谱分析全细胞受体的乙酰基形态上挖掘出有很多酵素都可以被乙酰基解构。这些酵素不仅仅都有细胞内内的受体，还都有细胞质和线粒体里头的受体等。另外，大肠杆菌并没有人鸟嘌呤，但是在大肠杆菌里头，也挖掘出有很多受体可以被乙酰基形态上。这些证据都暗指了II类HDAC很有不太可能还是有丝氨酸的，底物是与鸟嘌呤并不相同的其他酵素。一个很好的举例就是IIb类HDAC6的底物之一是细胞质里头的真核细胞受体。然而到在此之前，只有甚少的IIa类HDAC的底物被挖掘出，大其余部分还是通过过解读的方法证明了的，其本质是情况下的生理生态环境下的真正的底物。HDAC4属于IIa类HDAC，在肠道骨骼肌里头，对多种抑制躯干萎缩的激发反应后，HDAC4的解读用量会减低。在因为衰导致的躯干萎缩症里头，HDAC4在人类文明或者肠道躯干里头的解读用量也会减低。HDAC4下半身敲除 (constitutive whole body knockout) 的肠道在显露生之后迅速因为骨骼退解构间歇性而死亡。组织性特异的HDAC4基因组敲除的肠道的数据说明了HDAC4在情况下的生理生态环境下不是必须的，但是在冲击或者生病的生态环境下，它会有原先功能性。因此，大幅度了解癌症状态下HDAC4的化学键索科利夫卡不太可能会开辟原先疗程选择。2019年10月末15日，普利制药公司美国制造工厂的史沛课题组在Cell Reports刊发题为HDAC4 Controls Muscle Homeostasis through Deacetylation of Myosin Hey Chain， PGC-1α， and Hsc70的撰文，通过新合作开发的引人瞩目的IIa类HDAC特异的催解构反应抑制作用，建构基因组敲除的手段，挖掘出了三个全原先HDAC4蛋白底物：间质重链 (myosin hey chain isoforms，MyHC)，PGC-1α和热激受体70 (Hsc70)，同时还分析了HDAC4催解构这些底物的微生物学意涵。过去的很多针对IIa类HDAC的研究大其余部分是通过抑制作用基因组解读的方法来做到的。但是基因组不解读，随之而来整个受体解读降低，并不必区分这类受体作为蛋白或者是形态性受体的功能性。而目前刊发的广谱的HDAC丝氨酸的催解构反应抑制作用，例如TSA， vorinostat (也叫SAHA)， 其实都才会抑制作用I类HDAC，对IIa类HDAC基本没有人活性。一个由Tempero Pharmaceuticals共同开发的叫做叫TMP195的催解构反应，算是针对IIa类HDAC比较特异的催解构反应抑制作用，但是它对IIa类HDAC的EC50差不多在0.2 μM左右，活性并不很高。为了很难很好的研究IIa类HDAC的功能性，普利公司合作开发显露一个新颖的IIa类HDAC抑制作用 --- 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。另外的两个催解构反应，NVS-HD2和NVS-HD3是同系列解构合物的早期的抑制作用。使用这些特异的IIa类HDAC抑制作用，建构有别于的基因组knockdown 或者knockout，史沛课题组找到了三个HDAC4 (也不太可能是别的IIa类HDAC) 的底物。HDAC4可以去除MyHC上的乙酰基。MyHC是随之而来躯干收缩的sarcomere的主要成分。抑制作用 HDAC4可以减低细胞内MyHC的用量，并且在细胞和肠道里头抑制作用由高血压（dexamethasone）和神经细胞遗漏导致的MyHC的酵素损奈何。一个2010年的报道视为骨骼肌里头HDAC4的敲除可以抑制作用能降解MyHC的E3泛素连接蛋白MuRF1的基因组转录，从而预防性由于去神经细胞导致的躯干萎缩。而这篇撰文揭示了一种并不相同的机制 --- 直接依赖性MyHC受体。HDAC4过解读会随之而来MyHC的降解，而丝氨酸遗漏的D840N突变体则不必。即使MuRF1过解读后，IIa类HDAC抑制作用也足以阻止MyHC的降解。因而不太可能的机理是，HDAC4被抑制作用后，MyHC上的甘氨酸被乙酰解构，所以不必被MuRF1加上泛素，也就不会被泛素受体体系统降解。MyHC是骨骼肌里头的重要受体，保持MyHC的受体用量就可以预防性躯干萎缩，并且保持躯干收缩功能性。相似的机理也适用于HDAC4的另一个底物 --- PGC-1α。在躯干特异性PGC-1α转基因组肠道里头，PGC-1α的mRNA减低了> 10倍，而酵素仅减低？3倍，其余部分原因是PGC-1α会被迅速降解（t1/2？15分钟）。NVS-HD1不仅可以在细胞里头而且可以在毒素里头减低PGC-1α受体技术水平，却不多见着制约PGC-1α mRNA技术水平。NVS-HD1减低的PGC-1α酵素的用量也是？3倍，和转基因组肠道类似。在奈何神经细胞的肠道躯干里头，即使PGC-1α mRNA技术水平减缓，HDAC4敲除或IIa类HDAC抑制作用也能阻止PGC-1α受体的降低。抑制作用所有的 IIa类HDAC比单独的HDAC4遗漏效果更值得注意，与细胞内观察到的PGC-1α可以和所有的IIa类HDAC（I类HDAC不行）直接建构的结果相符合，暗指了IIa类HDAC之间可以互补作用。PGC-1α是人体内和线粒体产生路中里头的重要转录共转录因子。过解读PGC-1α的肠道观感显露加强的线粒体功能性，类似运动后的变动。因此NVS-HD1不太可能在线粒体癌症或者其他人体内癌症里头发挥重要的作用。这篇撰文也挖掘出HDAC4可以和Hsc70直接建构，并且可以去掉Hsc70的第128位甘氨酸的乙酰基形态上。当HDAC4的丝氨酸被抑制作用之后，乙酰解构的Hsc70就不必很好的建构高血压的特异性。但是只有与Hsc70和Hsp90建构的高血压的特异性，才是被完全转录的可以建构高血压的状态。因而IIa类HDAC抑制作用可以抑制作用高血压和特异性建构，从而预防性由它导致的躯干萎缩。Hsc70是许多零售商受体无权情况下功能性所必要的化学键伴侣，因此其他重要途径也不太可能受HDAC4的调节。除此以外，这篇撰文还挖掘出HDAC3，MEF2并不必和HDAC4直接建构。IIa类HDAC抑制作用也并没有人制约MEF2依赖性的基因组的解读。过去提显露的IIa类HDAC作为形态性受体的工作机理似乎在骨骼肌里头并不正确。重构显露处: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