Cell Rep │ 史隽课题组揭示3个全新的HDAC4酶活性底物及其在关节萎缩症中的重要作用

组细胞内去乙酰化蛋白（HDAC， histone deacetylase）是结核病药物制造应用领域的热点。在有机体里面存在18种完全相同的HDAC，可以全面性分为为4类：I类HDAC（HDAC1、2、3和8）主要存在于肝细胞里面，主要功能是给组细胞内透甲基。II类HDAC全面性分为：IIa类（HDAC4、5、7和9）和IIb类（HDAC6和10）。IV类HDAC11均在脑，肾和睾丸里面表达单单来。III类HDAC与细菌细胞内SIR2相关，用作NAD+而不是常用的蛋白促总计介导剂Zn2+。与传统的I类HDAC完全相同，II类HDAC并不是组细胞内透甲基蛋白。这类HDAC的赖氨酸区的一个重要——酪氨酸（tyrosine）被色氨酸（histidine）取而代之，因而针对组细胞内的透甲基赖氨酸比I类HDAC较高1000多倍。因此，II类HDAC被普遍相信并不是一个有活性的蛋白，而是一个结构细胞内，通过混合其他细胞内起作用。一个风行的假说是，II类HDAC可以辨别特定序列里胺基酸（lysine）的甲基去除，混合上直至可以招募别的细胞内，比如I类HDAC里面的HDAC3。HDAC3可以提供II类HDAC缺未出的去甲基赖氨酸，并且还可以继续混合NCoR/SMRT调控单单来总计减缓多肽，从而直接影响突变调控单单来。另一个主要假说是，II类HDAC可以混合一些调控单单来位点（例如myocyte enhancer factor 2， MEF2），从而减缓这些调控单单来位点管控的突变调控单单来。然而只是因为II类HDAC对组细胞内的赖氨酸很较高，就相信II类HDAC没有人赖氨酸的推论是不严谨的。晶体学分析全细胞细胞内的甲基去除挖掘单单有很多细胞内质都可以被甲基化。这些细胞内质不均均包括肝细胞内的细胞内，还包括细胞内和真核生物里的细胞内等。另外，细菌并没有人组细胞内，但是在细菌里，也挖掘单单有很多细胞内可以被甲基去除。这些确实都暗指了II类HDAC很有显然还是有赖氨酸的，位点是与组细胞内完全相同的其他细胞内质。一个很好的举例就是IIb类HDAC6的位点之一是细胞内里面的细胞器细胞内。然而到目前为止，只有极少的IIa类HDAC的位点被挖掘单单，大以外还是通过过表达单单来的方法有表明的，并不一定是短时间的生理状况下的真正的位点。HDAC4属于IIa类HDAC，在血清颅骨肌里面，对多种诱导关节萎缩的诱发催化后，HDAC4的表达单单来量会减较高。在因为衰引发的关节萎缩症里面，HDAC4在有机体或者血清关节里面的表达单单来量也会减较高。HDAC4全身敲除 (constitutive whole body knockout) 的血清在单单生直至很快因为颅骨生长发育诱发而死亡。组织性特异的HDAC4突变敲除的血清的数据显示HDAC4在短时间的生理状况下不是必须的，但是在压力或者生病的状况下，它会有新的功能。因此，全面性了解疾病情况下下HDAC4的分子靶标显然会开辟新的放射治疗选择。2019年10月15日，特为制药公司American制造里面心的史隽课题组在Cell Reports撰写题为HDAC4 Controls Muscle Homeostasis through Deacetylation of Myosin Hey Chain， PGC-1α， and Hsc70的文中，通过新制造的抗病毒的IIa类HDAC特异的细胞器肽，混合突变敲除的手段，挖掘单单了三个全新的HDAC4蛋白位点：肌球细胞内重链 (myosin hey chain isoforms，MyHC)，PGC-1α和热激细胞内70 (Hsc70)，同时还分析了HDAC4催化这些位点的微生物学意涵。在此之前的很多针对IIa类HDAC的研究者大以外是通过减缓调控单单来的方法有来实现的。但是突变不表达单单来，避免整个细胞内表达单单来增大，并无法区别于这类细胞内作为蛋白或者是结构上细胞内的功能。而目前撰写的广谱的HDAC赖氨酸的细胞器肽，例如TSA， vorinostat (也叫SAHA)， 毕竟都均均减缓I类HDAC，对IIa类HDAC大体没有人活性。一个由Tempero Pharmaceuticals合作开发的又叫叫TMP195的细胞器，却是针对IIa类HDAC比较特异的细胞器肽，但是它对IIa类HDAC的EC50大约在0.2 μM有数，活性并不很高。为了很难更好的研究者IIa类HDAC的功能，特为公司制造单单一个新颖的IIa类HDAC肽 ；还有 NVS-HD1，极为抗病毒，EC50 < 1nM。NVS-HD1的选择性也很强，对于I类HDAC的EC50 都超过了1 μM。另外的两个细胞器，NVS-HD2和NVS-HD3是同系列化合物的早期的肽。用作这些特异的IIa类HDAC肽，混合传统的突变knockdown 或者knockout，史隽课题组找到了三个HDAC4 (也显然是别的IIa类HDAC) 的位点。HDAC4可以去除MyHC上的甲基。MyHC是避免关节收缩的sarcomere的主要成分。减缓 HDAC4可以减较高细胞内MyHC的量，并且在细胞和血清里面减缓由用药（dexamethasone）和神经缺未出引发的MyHC的细胞内质损未出。一个2010年的报道相信颅骨肌里面HDAC4的敲除可以减缓能降解MyHC的E3泛素连接蛋白MuRF1的突变调控单单来，从而预防由于去神经引发的关节萎缩。而这一段话揭示了一种完全相同的机制 ；还有 直接管控MyHC细胞内。HDAC4过表达单单来会避免MyHC的降解，而赖氨酸缺未出的D840N突变体则无法。即使MuRF1过表达单单来后，IIa类HDAC肽也足以阻止MyHC的降解。因而显然的机理是，HDAC4被减缓后，MyHC上的胺基酸被乙酰化，所以无法被MuRF1加上泛素，也就不会被泛素细胞内体系统降解。MyHC是颅骨肌里面的重要细胞内，保持MyHC的细胞内量就可以预防关节萎缩，并且保持关节收缩功能。相似的机理也适用于HDAC4的另一个位点 ；还有 PGC-1α。在关节特异性PGC-1α转突变血清里面，PGC-1α的mRNA减较高了> 10倍，而细胞内质均减较高？3倍，以外原因是PGC-1α会被很快降解（t1/2？15分钟）。NVS-HD1不均可以在细胞里面而且可以在果蝇里面减较高PGC-1α细胞内低水平，却不显着直接影响PGC-1α mRNA低水平。NVS-HD1减较高的PGC-1α细胞内质的量也是？3倍，和转突变血清相近。在未出神经的血清关节里面，即使PGC-1α mRNA低水平明显降较高，HDAC4敲除或IIa类HDAC肽也能阻止PGC-1α细胞内的增大。减缓所有的 IIa类HDAC比直接的HDAC4缺未出优点更明显，与细胞内观察到的PGC-1α可以和所有的IIa类HDAC（I类HDAC不行）直接混合的结果相符合，暗指了IIa类HDAC相互间可以互补作用。PGC-1α是人体内和真核生物产生通路里面的重要调控单单来总计介导位点。过表达单单来PGC-1α的血清表现单单改善的真核生物功能，相近于运动后的推移。因此NVS-HD1显然在真核生物疾病或者其他人体内疾病里面充分发挥重要的作用。这一段话也挖掘单单HDAC4可以和Hsc70直接混合，并且可以去掉Hsc70的第128位胺基酸的甲基去除。当HDAC4的赖氨酸被减缓直至，乙酰化的Hsc70就无法很好的混合用药的复合物。但是只有与Hsc70和Hsp90混合的用药的复合物，才是被完全介导的可以混合用药的情况下。因而IIa类HDAC肽可以减缓用药和复合物混合，从而预防由它引发的关节萎缩。Hsc70是许多顾客细胞内履行短时间功能所必需的分子伴侣，因此其他重要途径也显然受HDAC4的通气。除此以外，这一段话还挖掘单单HDAC3，MEF2并无法和HDAC4直接混合。IIa类HDAC肽也并没有人直接影响MEF2管控的突变的表达单单来。在此之前提单单的IIa类HDAC作为结构上细胞内的指导机理只不过在颅骨肌里面并不正确。原始单单处: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