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最重要作用

鸟嘌呤去底物蛋白酶（HDAC， histone deacetylase）是乳癌口服制造领域的近来。在有机体之中体现作用18种不同的HDAC，可以正因如此面性细分成4类：I类HDAC（HDAC1、2、3和8）主要体现作用于细胞膜核之中，主要机能是给鸟嘌呤扯甲基。II类HDAC正因如此面性分成：IIa类（HDAC4、5、7和9）和IIb类（HDAC6和10）。IV类HDAC11仅有在脑，胃和乳头之中解读。III类HDAC与酵母细胞膜内SIR2相关，采用NAD+而不是常用的蛋白酶促一共激活剂Zn2+。与传统的I类HDAC不同，II类HDAC十分是鸟嘌呤扯甲基蛋白酶。这类HDAC的蛋白酵素区的一个关键——酪氨酸（tyrosine）被组氨酸（histidine）取代，因而针对鸟嘌呤的扯甲基蛋白酵素比I类HDAC低1000多倍。因此，II类HDAC被普遍指出十分是一个有活性的蛋白酶，而是一个结构细胞膜内，通过建构其他细胞膜内起体现作用。一个流行的原理是，II类HDAC可以识别特定序列里面组氨酸（lysine）的甲基省略，建构上日后可以招募别的细胞膜内，比如I类HDAC之中的HDAC3。HDAC3可以给予II类HDAC缺少的去甲基蛋白酵素，并且还可以继续建构NCoR/SMRTDNA表达一共抑止复合物，从而负面影响DNADNA表达。另一个主要原理是，II类HDAC可以建构一些DNA表达因子（例如myocyte enhancer factor 2， MEF2），从而抑止这些DNA表达因子诱导的DNADNA表达。然而只是因为II类HDAC对鸟嘌呤的蛋白酵素很差，就指出II类HDAC未蛋白酵素的解释是不严谨的。晶体学研究正因如此细胞膜细胞膜内的甲基省略挖掘借助于有很多细胞膜内质都可以被甲基化。这些细胞膜内质不仅有仅有包括细胞膜核内的细胞膜内，都有核糖体和肝细胞里面的细胞膜内等。另外，微生物并未鸟嘌呤，但是在微生物里面，也挖掘借助于有很多细胞膜内可以被甲基省略。这些证词都却是了II类HDAC很有也许还是有蛋白酵素的，基团是与鸟嘌呤不同的其他细胞膜内质。一个极佳的举例来说就是IIb类HDAC6的基团之一是核糖体之中的微管细胞膜内。然而到目前为止为止，只有甚少的IIa类HDAC的基团被挖掘借助于，大外还是通过过解读的方法证明的，十分一定是情况下的生理反应生态环境下的真正的基团。HDAC4属于IIa类HDAC，在血清骨骼肌之中，对多种诱导肌肉组织萎缩的抑止反应后，HDAC4的解读量会上升。在因为自是引致的肌肉组织萎缩症之中，HDAC4在有机体或者血清肌肉组织之中的解读量也会上升。HDAC4正因如此身敲除 (constitutive whole body knockout) 的血清在借助于生日后很快因为骨骼发育不良异常而死亡。组织性特异的HDAC4DNA敲除的血清的统计数据显示HDAC4在情况下的生理反应生态环境下不是必须的，但是在阻碍或者生病的生态环境下，它会有更正因如此面性机能。因此，正因如此面性理解结核病正常下HDAC4的分子靶标也许会修筑更正因如此面性用药为了让。2019年10年底15日，诺华制药母公司最初泽西州母公司总部的近代史湛课题组在Cell Reports发表题为HDAC4 Controls Muscle Homeostasis through Deacetylation of Myosin Hey Chain， PGC-1α， and Hsc70的文之中，通过最初制造的正因如此的IIa类HDAC特异的大分子衍生物，建构DNA敲除的手段，挖掘借助于了三个正因如此更正因如此面性HDAC4蛋白酶基团：肌球细胞膜内重链 (myosin hey chain isoforms，MyHC)，PGC-1α和热激细胞膜内70 (Hsc70)，同时还研究了HDAC4还原这些基团的生理反应学意义。从前的很多针对IIa类HDAC的研究大外是通过抑止DNA解读的方法来做到的。但是DNA不解读，导致整个细胞膜内解读提高，十分能区隔这类细胞膜内作为蛋白酶或者是结构性细胞膜内的机能。而目前为止发表的磺胺类的HDAC蛋白酵素的大分子衍生物，例如TSA， vorinostat (也叫SAHA)， 却是都只能抑止I类HDAC，对IIa类HDAC基本未活性。一个由Tempero Pharmaceuticals开发的叫做叫TMP195的大分子，算是针对IIa类HDAC来得特异的大分子衍生物，但是它对IIa类HDAC的EC50左右在0.2 μM左右，活性十分很高。为了必须不够好的研究IIa类HDAC的机能，诺华母公司制造借助于一个大胆的IIa类HDAC衍生物 -- NVS-HD1，非常正因如此，EC50 < 1nM。NVS-HD1的为了让性也很强，对于I类HDAC的EC50 都超过了1 μM。另外的两个大分子，NVS-HD2和NVS-HD3是同系列化合物的早期的衍生物。采用这些特异的IIa类HDAC衍生物，建构传统的DNAknockdown 或者knockout，近代史湛课题组找到了三个HDAC4 (也也许是别的IIa类HDAC) 的基团。HDAC4可以去除MyHC上的甲基。MyHC是导致肌肉组织收缩的sarcomere的主要成分。抑止 HDAC4可以上升细胞膜内MyHC的量，并且在细胞膜和血清之中抑止由抗生素（dexamethasone）和神经缺少引致的MyHC的细胞膜内质损失。一个2010年的报道指出骨骼肌之中HDAC4的敲除可以抑止能降解MyHC的E3泛素连接蛋白酶MuRF1的DNADNA表达，从而预防由于去神经引致的肌肉组织萎缩。而这文之中揭示了一种不同的机制 -- 这样一来诱导MyHC细胞膜内。HDAC4过解读会导致MyHC的降解，而蛋白酵素缺少的D840N突变体则不能。即使MuRF1过解读后，IIa类HDAC衍生物也足以阻止MyHC的降解。因而也许的分子结构是，HDAC4被抑止后，MyHC上的组氨酸被底物，所以不能被MuRF1加上泛素，也就不会被泛素细胞膜内体系统降解。MyHC是骨骼肌之中的关键细胞膜内，保持MyHC的细胞膜内量就可以预防肌肉组织萎缩，并且保持肌肉组织收缩机能。相似的分子结构也适用于HDAC4的另一个基团 -- PGC-1α。在肌肉组织特异性PGC-1α转DNA血清之中，PGC-1α的mRNA上升了> 10倍，而细胞膜内质仅有上升？3倍，外原因是PGC-1α会被很快降解（t1/2？15分钟）。NVS-HD1不仅有可以在细胞膜之中而且可以在果蝇之中上升PGC-1α细胞膜内程度，却不显着负面影响PGC-1α mRNA程度。NVS-HD1上升的PGC-1α细胞膜内质的量也是？3倍，和转DNA血清类似。在失神经的血清肌肉组织之中，即使PGC-1α mRNA程度极低，HDAC4敲除或IIa类HDAC衍生物也能阻止PGC-1α细胞膜内的提高。抑止所有的 IIa类HDAC比原则上的HDAC4缺少效果不够明显，与细胞膜内观察到的PGC-1α可以和所有的IIa类HDAC（I类HDAC不行）这样一来建构的结果相符合，却是了IIa类HDAC之间可以互补体现作用。PGC-1α是葡萄糖和肝细胞消除通道之中的关键DNA表达一共激活因子。过解读PGC-1α的血清表现借助于改善的肝细胞机能，类似运动后的变化。因此NVS-HD1也许在肝细胞结核病或者其他葡萄糖结核病之中体现关键的体现作用。这文之中也挖掘借助于HDAC4可以和Hsc70这样一来建构，并且可以去掉Hsc70的第128位组氨酸的甲基省略。当HDAC4的蛋白酵素被抑止日后，底物的Hsc70就不能极佳的建构抗生素的介导。但是只有与Hsc70和Hsp90建构的抗生素的介导，才是被仅有仅有激活的可以建构抗生素的正常。因而IIa类HDAC衍生物可以抑止抗生素和介导建构，从而预防由它引致的肌肉组织萎缩。Hsc70是许多投资者细胞膜内有权情况下机能所必需的分子伴侣，因此其他关键途径也也许受HDAC4的调节。；还有，这文之中还挖掘借助于HDAC3，MEF2十分能和HDAC4这样一来建构。IIa类HDAC衍生物也并未负面影响MEF2诱导的DNA的解读。从前明确指借助于的IIa类HDAC作为结构性细胞膜内的文书工作分子结构却是在骨骼肌之中十分合理。许多现代借助于处: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