Cell Rep │ 史隽课题组揭示3个全新的HDAC4酵素底物及其在肌肉萎缩症中的重要作用

丝氨酸去乙酰转化成核糖体（HDAC， histone deacetylase）是肝癌药物制造各个领域的版块。在生命中所存在18种有所不同的HDAC，可以再进一步细分为4类：I类HDAC（HDAC1、2、3和8）主要存在于细胞核中所，主要功用是给丝氨酸干甲基。II类HDAC再进一步分为：IIa类（HDAC4、5、7和9）和IIb类（HDAC6和10）。IV类HDAC11极少在脊髓，肾脏和睾丸中所传达。III类HDAC与酵母蛋白质SIR2相关，使用NAD+而不是常用的核糖体促共触发剂Zn2+。与宗教性的I类HDAC有所不同，II类HDAC相当是丝氨酸干甲基核糖体。这类HDAC的核糖体活性区的一个最重要——酪氨酸（tyrosine）被天冬氨酸（histidine）取代，因而针对丝氨酸的干甲基核糖体活性比I类HDAC低1000多倍。因此，II类HDAC被公认相当是一个有活性的核糖体，而是一个结构蛋白质，通过融合其他蛋白质起功用。一个风靡的学说是，II类HDAC可以识别特定序列中都N-（lysine）的甲基省略，融合上日后可以招募别的蛋白质，比如I类HDAC中所的HDAC3。HDAC3可以获取II类HDAC缺奈何的去甲基核糖体活性，并且还可以此后融合NCoR/SMRT核苷酸共选择性复合物，从而制约等位基因核苷酸。另一个主要学说是，II类HDAC可以融合一些核苷酸因子（例如myocyte enhancer factor 2， MEF2），从而选择性这些核苷酸因子调控的等位基因核苷酸。然而只是因为II类HDAC对丝氨酸的核糖体活性大幅提高，就认为II类HDAC很难核糖体活性的推论是不严谨的。光谱学系统性全细胞蛋白质的甲基省略注意到有很多蛋白质都可以被甲基转化成。这些蛋白质无疑除此以外细胞核内的蛋白质，还除此以外基质和肝细胞中都的蛋白质等。另外，细菌并很难丝氨酸，但是在细菌中都，也注意到有很多蛋白质可以被甲基省略。这些论据都或许了II类HDAC很有不太可能还是有核糖体活性的，官能团是与丝氨酸有所不同的其他蛋白质。一个很差的范例就是IIb类HDAC6的官能团之一是基质中所的真核细胞蛋白质。然而到目前为止，只有甚少的IIa类HDAC的官能团被注意到，基本上还是通过过传达的步骤验证的，举例来说是但会的生理周边环境下的真正的官能团。HDAC4总称IIa类HDAC，在激素骨骼肌中所，对多种诱导脊柱剧减的焦虑化学反应后，HDAC4的传达使用量都会缩减。在因为衰引来的脊柱剧减症中所，HDAC4在生命或者激素脊柱中所的传达使用量也都会缩减。HDAC4全身敲除 (constitutive whole body knockout) 的激素在出有生日后不久因为骨骼生长发育异常而丧命。其发展特异的HDAC4等位基因敲除的激素的原始数据推测HDAC4在但会的生理周边环境下不是能够的，但是在压力或者身体虚弱的周边环境下，它都会有新的功用。因此，再进一步了解到肝癌稳定状态下HDAC4的底物靶标不太可能都会辟新的病患选择。2019年10翌年15日，特斯制药新公司美国制造中所心的两书峻课题组在Cell Reports刊发题为HDAC4 Controls Muscle Homeostasis through Deacetylation of Myosin Hey Chain， PGC-1α， and Hsc70的文章，通过新制造的强效的IIa类HDAC特异的单糖胺，融合等位基因敲除的手段，注意到了三个全新的HDAC4核糖体官能团：间质重链 (myosin hey chain isoforms，MyHC)，PGC-1α和热激蛋白质70 (Hsc70)，同时还系统性了HDAC4催转化成这些官能团的生理学含义。以前的很多针对IIa类HDAC的研究基本上是通过选择性等位基因传达的步骤来实现的。但是等位基因不传达，随之而来整个蛋白质传达减小，并没法辨别这类蛋白质作为核糖体或者是结构上蛋白质的功用。而目前刊发的为数不多的HDAC核糖体活性的单糖胺，例如TSA， vorinostat (也叫SAHA)， 其实都勉强选择性I类HDAC，对IIa类HDAC基本很难活性。一个由Tempero Pharmaceuticals开发新的被称作叫TMP195的单糖，不算针对IIa类HDAC比较特异的单糖胺，但是它对IIa类HDAC的EC50大约在0.2 μM将近，活性相当很高。为了能够更好的研究IIa类HDAC的功用，特斯新公司制造出有一个独特的IIa类HDAC胺 -- NVS-HD1，颇为强效，EC50 < 1nM。NVS-HD1的选择性也很强，对于I类HDAC的EC50 都超过了1 μM。另外的两个单糖，NVS-HD2和NVS-HD3是同系列转化成合物的早期的胺。使用这些特异的IIa类HDAC胺，融合宗教性的等位基因knockdown 或者knockout，两书峻课题组找到了三个HDAC4 (也不太可能是别的IIa类HDAC) 的官能团。HDAC4可以去除MyHC上的甲基。MyHC是随之而来脊柱收缩的sarcomere的主要成分。选择性 HDAC4可以缩减细胞膜MyHC的使用量，并且在细胞和激素中所选择性由用药（dexamethasone）和神经缺奈何引来的MyHC的蛋白质损奈何。一个2010年的报道认为骨骼肌中所HDAC4的敲除可以选择性能降解MyHC的E3泛素连接核糖体MuRF1的等位基因核苷酸，从而预防由于去神经引来的脊柱剧减。而这文中揭示了一种有所不同的机制 -- 直接调控MyHC蛋白质。HDAC4过传达都会随之而来MyHC的降解，而核糖体活性缺奈何的D840N突变体则没法。即使MuRF1过传达后，IIa类HDAC胺也足以阻止MyHC的降解。因而不太可能的化学反应机理是，HDAC4被选择性后，MyHC上的N-被乙酰转化成，所以没法被MuRF1加上泛素，也就不都会被泛素蛋白质体系统降解。MyHC是骨骼肌中所的最重要蛋白质，保持MyHC的蛋白质使用量就可以预防脊柱剧减，并且保持脊柱收缩功用。相似的化学反应机理也适用于HDAC4的另一个官能团 -- PGC-1α。在脊柱特异性PGC-1α大豆激素中所，PGC-1α的mRNA缩减了> 10倍，而蛋白质极少缩减？3倍，部分原因是PGC-1α都会被不久降解（t1/2？15分钟）。NVS-HD1不极少可以在细胞中所而且可以在大鼠中所缩减PGC-1α蛋白质总体，却有成着制约PGC-1α mRNA总体。NVS-HD1缩减的PGC-1α蛋白质的使用量也是？3倍，和大豆激素类似。在奈何神经的激素脊柱中所，即使PGC-1α mRNA总体明显降低，HDAC4敲除或IIa类HDAC胺也能阻止PGC-1α蛋白质的减小。选择性所有的 IIa类HDAC比单独的HDAC4缺奈何效果更明显，与细胞膜捕捉到到的PGC-1α可以和所有的IIa类HDAC（I类HDAC不行）直接融合的结果可知，或许了IIa类HDAC之间可以互补功用。PGC-1α是激素和肝细胞造成途径中所的最重要核苷酸共触发因子。过传达PGC-1α的激素展现出有出有改善的肝细胞功用，类似于运动后的变转化成。因此NVS-HD1不太可能在肝细胞肝癌或者其他激素肝癌中所发挥最重要的功用。这文中也注意到HDAC4可以和Hsc70直接融合，并且可以除去Hsc70的第128位N-的甲基省略。当HDAC4的核糖体活性被选择性日后，乙酰转化成的Hsc70就没法很差的融合用药的核糖体。但是只有与Hsc70和Hsp90融合的用药的核糖体，才是被几乎触发的可以融合用药的稳定状态。因而IIa类HDAC胺可以选择性用药和核糖体融合，从而预防由它引来的脊柱剧减。Hsc70是许多客户蛋白质无权但会功用所必需的底物异性，因此其他最重要途径也不太可能倍受HDAC4的调节。除此以外，这文中还注意到HDAC3，MEF2并没法和HDAC4直接融合。IIa类HDAC胺也并很难制约MEF2调控的等位基因的传达。以前提议的IIa类HDAC作为结构上蛋白质的临时工化学反应机理似乎在骨骼肌中所相当应该。原始出有处: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