Cell Rep │ 史隽课题组揭示3个全新的HDAC4酶活性基团及其在肌肉萎缩症中的重要作用

甲基既有去乙酰既有酵素（HDAC， histone deacetylase）是肝癌抑制剂研制出信息技术的热点。在人类所中都发挥作用18种各不相同的HDAC，可以更为进一步可分为4类：I类HDAC（HDAC1、2、3和8）主要发挥作用于叶绿体中都，主要功能是给甲基既有透亚胺。II类HDAC更为进一步分为：IIa类（HDAC4、5、7和9）和IIb类（HDAC6和10）。IV类HDAC11仅在神经，脾和睾丸中都只不过。III类HDAC与发酵亚基SIR2相关，使用NAD+而不是常用的酵素促总计激活剂Zn2+。与习惯的I类HDAC各不相同，II类HDAC相当是甲基既有透亚胺酵素。这类HDAC的赖氨酸七区的一个举足轻重——乙酰（tyrosine）被组氨酸（histidine）取代，因而针对甲基既有的透亚胺赖氨酸比I类HDAC较低1000多倍。因此，II类HDAC被所称相当是一个有活性的酵素，而是一个本体亚基，通过建构其他亚基起作用。一个风靡的原理是，II类HDAC可以标识特定多肽里面赖氨酸（lysine）的亚胺省略，建构上以后可以招募别的亚基，比如I类HDAC中都的HDAC3。HDAC3可以获取II类HDAC缺失的去亚胺赖氨酸，并且还可以之后建构NCoR/SMRTmRNA总计抑止复合物，从而严重影响基因序列mRNA。另一个主要原理是，II类HDAC可以建构一些mRNA变异（例如myocyte enhancer factor 2， MEF2），从而抑止这些mRNA变异调控的基因序列mRNA。然而只是因为II类HDAC对甲基既有的赖氨酸较较低，就认为II类HDAC未赖氨酸的推论是不系统化的。质谱分析方法全蛋白质亚基的亚胺省略推断出有很多氨基酸都可以被亚胺既有。这些氨基酸也许之外叶绿体内的亚基，则有蛋白质质和肝蛋白质里面的亚基等。另外，病原体并未甲基既有，但是在病原体里面，也推断出有很多亚基可以被亚胺省略。这些证据都只不过了II类HDAC很有或许还是有赖氨酸的，位点是与甲基既有各不相同的其他氨基酸。一个不太好的例子就是IIb类HDAC6的位点之一是蛋白质质中都的微管亚基。然而到迄今，只有仅仅的IIa类HDAC的位点被推断出，大部分还是通过过只不过的工具证明的，相当一定是经常性的生理周边环境下的真正的位点。HDAC4属于IIa类HDAC，在大鼠骨骼肌中都，对多种诱导四肢萎缩的兴奋中间体后，HDAC4的只不过量时会上升。在因为衰引来的四肢萎缩症中都，HDAC4在人类所或者大鼠四肢中都的只不过量也时会上升。HDAC4全身敲除 (constitutive whole body knockout) 的大鼠在祖父母以后不久因为骨骼发育异常而生还。组织起来特异的HDAC4基因序列敲除的大鼠的数据揭示HDAC4在经常性的生理周边环境下不是必须的，但是在压力或者生病的周边环境下，它时会有新的功能。因此，更为进一步了解传染病状态下HDAC4的分子遗传物质或许时会修筑新的治疗选择。2019年10月15日，特为制药Corporation美国研制出中都心的通史隽课题组在Cell Reports刊登篇名HDAC4 Controls Muscle Homeostasis through Deacetylation of Myosin Hey Chain， PGC-1α， and Hsc70的发表文章，通过新研制出的强效的IIa类HDAC特异的大分子抑止剂，建构基因序列敲除的手段，推断出了三个全新的HDAC4酵素位点：肌球亚基重链 (myosin hey chain isoforms，MyHC)，PGC-1α和热激亚基70 (Hsc70)，同时还分析方法了HDAC4催既有这些位点的神经科意义。从前的很多针对IIa类HDAC的研究大部分是通过抑止基因序列只不过的工具来实现的。但是基因序列不只不过，导致整个亚基只不过减少，并无法分辨这类亚基作为酵素或者是持续性亚基的功能。而目前刊登的广谱的HDAC赖氨酸的大分子抑止剂，例如TSA， vorinostat (也叫SAHA)， 回事都只能抑止I类HDAC，对IIa类HDAC基本未活性。一个由Tempero Pharmaceuticals整合的叫做叫TMP195的大分子，算是针对IIa类HDAC较为特异的大分子抑止剂，但是它对IIa类HDAC的EC50分之一在0.2 μM大约，活性相当很高。为了只能更为好的研究IIa类HDAC的功能，特为Corporation研制出出一个新颖的IIa类HDAC抑止剂 -- NVS-HD1，非常强效，EC50 < 1nM。NVS-HD1的选择性也很强，对于I类HDAC的EC50 都超过了1 μM。另外的两个大分子，NVS-HD2和NVS-HD3是同系列既有合物的早期的抑止剂。使用这些特异的IIa类HDAC抑止剂，建构习惯的基因序列knockdown 或者knockout，通史隽课题组找到了三个HDAC4 (也或许是别的IIa类HDAC) 的位点。HDAC4可以去除MyHC上的亚胺。MyHC是导致四肢收缩的sarcomere的主要成分。抑止 HDAC4可以上升蛋白质内MyHC的量，并且在蛋白质和大鼠中都抑止由利尿剂（dexamethasone）和神经缺失引来的MyHC的氨基酸损失。一个2010年的报道认为骨骼肌中都HDAC4的敲除可以抑止能交联MyHC的E3泛素连接酵素MuRF1的基因序列mRNA，从而预防由于去神经引来的四肢萎缩。而这篇发表文章揭示了一种各不相同的机制 -- 另行调控MyHC亚基。HDAC4过只不过时会导致MyHC的交联，而赖氨酸缺失的D840N突变体则无法。即使MuRF1过只不过后，IIa类HDAC抑止剂也足以阻止MyHC的交联。因而或许的特异性是，HDAC4被抑止后，MyHC上的赖氨酸被乙酰既有，所以无法被MuRF1加上泛素，也就不时会被泛素亚基体系统交联。MyHC是骨骼肌中都的举足轻重亚基，保持MyHC的亚基量就可以预防四肢萎缩，并且保持四肢收缩功能。相似的特异性也适用于HDAC4的另一个位点 -- PGC-1α。在四肢特异性PGC-1α基因序列工程大鼠中都，PGC-1α的mRNA上升了> 10倍，而氨基酸仅上升？3倍，部分原因是PGC-1α时会被不久交联（t1/2？15分钟）。NVS-HD1不仅可以在蛋白质中都而且可以在大鼠中都上升PGC-1α亚基高水平，却于其着严重影响PGC-1α mRNA高水平。NVS-HD1上升的PGC-1α氨基酸的量也是？3倍，和基因序列工程大鼠近似于。在失神经的大鼠四肢中都，即使PGC-1α mRNA高水平明显降较低，HDAC4敲除或IIa类HDAC抑止剂也能阻止PGC-1α亚基的减少。抑止所有的 IIa类HDAC比另行的HDAC4缺失效果更为明显，与蛋白质内检视到的PGC-1α可以和所有的IIa类HDAC（I类HDAC不行）另行建构的结果相符合，只不过了IIa类HDAC彼此间可以互补作用。PGC-1α是代谢和肝蛋白质造成通路中都的举足轻重mRNA总计激活变异。过只不过PGC-1α的大鼠展现出出提高的肝蛋白质功能，十分相似运动后的变既有。因此NVS-HD1或许在肝蛋白质传染病或者其他代谢传染病中都把握举足轻重的作用。这篇发表文章也推断出HDAC4可以和Hsc70另行建构，并且可以去掉Hsc70的第128位赖氨酸的亚胺省略。当HDAC4的赖氨酸被抑止以后，乙酰既有的Hsc70就无法不太好的建构利尿剂的受体。但是只有与Hsc70和Hsp90建构的利尿剂的受体，才是被无论如何激活的可以建构利尿剂的状态。因而IIa类HDAC抑止剂可以抑止利尿剂和受体建构，从而预防由它引来的四肢萎缩。Hsc70是许多客户亚基行使权力经常性功能所前提的分子伴侣，因此其他举足轻重途径也或许受HDAC4的调节。在在，这篇发表文章还推断出HDAC3，MEF2并无法和HDAC4另行建构。IIa类HDAC抑止剂也并未严重影响MEF2调控的基因序列的只不过。从前提出的IIa类HDAC作为持续性亚基的工作特异性似乎在骨骼肌中都相当适当。值得注意引自: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