Cell Rep │ 史隽课题组阐述3个全新的HDAC4酶活性底物及其在肌肉萎缩症中的重要作用

组亚基去底物底物（HDAC， histone deacetylase）是胃癌类固醇研制成领域的版块。在生命里面存有18种完全相同的HDAC，可以必要性细分为4类：I类HDAC（HDAC1、2、3和8）主要存有于细胞核里面，主要功用是给组亚基脱羧酸。II类HDAC必要性分为：IIa类（HDAC4、5、7和9）和IIb类（HDAC6和10）。IV类HDAC11仅在脊髓，肾和睾丸里面传达。III类HDAC与酵母亚基SIR2相关，使用NAD+而不是常用的底物促共诱导剂Zn2+。与习惯的I类HDAC完全相同，II类HDAC不一定是组亚基脱羧酸底物。这类HDAC的底物活性区的一个关键——乙酰（tyrosine）被组氨酸（histidine）引入，因而针对组亚基的脱羧酸底物活性比I类HDAC偏高1000多倍。因此，II类HDAC被普遍认为不一定是一个有活性的底物，而是一个形态亚基，通过为基础其他亚基起主导作用。一个流行的假说是，II类HDAC可以识别特定序列里半胱氨酸（lysine）的羧酸修饰，为基础上日后可以招募别的亚基，比如I类HDAC里面的HDAC3。HDAC3可以提供II类HDAC缺陷的去羧酸底物活性，并且还可以继续为基础NCoR/SMRT核糖体共抑制作用复合物，从而影响蛋白质核糖体。另一个主要假说是，II类HDAC可以为基础一些核糖体因子（例如myocyte enhancer factor 2， MEF2），从而抑制作用这些核糖体因子介导的蛋白质核糖体。然而只是因为II类HDAC对组亚基的底物活性大大降偏高，就认为II类HDAC从未底物活性的归纳是不严谨的。核磁共振深入研究者全细胞亚基的羧酸修饰发掘成有很多亚基质都可以被羧酸化。这些亚基质众所周知包括细胞核内的亚基，均有基质和真核细胞里的亚基等。另外，细菌并从未组亚基，但是在细菌里，也发掘成有很多亚基可以被羧酸修饰。这些证据都暗示了II类HDAC很有或许还是有底物活性的，官能团是与组亚基完全相同的其他亚基质。一个很好的例子就是IIb类HDAC6的官能团之一是基质里面的细胞骨架亚基。然而到现有为止，只有非常少的IIa类HDAC的官能团被发掘成，极少还是通过过传达的作法证明的，不一定一定是出现异常的生物体环境污染下的真正的官能团。HDAC4统称IIa类HDAC，在豚鼠骨骼肌里面，对多种作用于脊柱萎缩的诱因反应后，HDAC4的传达存量会增高。在因为而复引起的脊柱萎缩症里面，HDAC4在生命或者豚鼠脊柱里面的传达存量也会增高。HDAC4脸部敲除 (constitutive whole body knockout) 的豚鼠在成生日后很快因为骨骼发育异常而死亡者。组织性特异的HDAC4蛋白质敲除的豚鼠的数据标示出HDAC4在出现异常的生物体环境污染下不是必须的，但是在受压或者生病的环境污染下，它会有从新的功用。因此，必要性了解营养不良状态下HDAC4的大分子特异性或许会开辟从新的治疗选择。2019年10年末15日，特为制药日本公司American研制成里面心的史隽课题组在Cell Reports发表篇文章HDAC4 Controls Muscle Homeostasis through Deacetylation of Myosin Hey Chain， PGC-1α， and Hsc70的文中，通过从新研制成的强效的IIa类HDAC特异的细胞器抑制作用剂，为基础蛋白质敲除的手段，发掘成了三个全从新的HDAC4底物官能团：肌球亚基重链 (myosin hey chain isoforms，MyHC)，PGC-1α和热激亚基70 (Hsc70)，同时还深入研究者了HDAC4催化这些官能团的生物体学意义。直到现在的很多针对IIa类HDAC的研究者极少是通过抑制作用蛋白质传达的作法来借助的。但是蛋白质不传达，引致整个亚基传达减小，不一定能区分这类亚基作为底物或者是形态性亚基的功用。而现有发表的抗病毒的HDAC底物活性的细胞器抑制作用剂，例如TSA， vorinostat (也叫SAHA)， 其实都只能抑制作用I类HDAC，对IIa类HDAC基本从未活性。一个由Tempero Pharmaceuticals开发的叫做叫TMP195的细胞器，算是针对IIa类HDAC较为特异的细胞器抑制作用剂，但是它对IIa类HDAC的EC50大约在0.2 μM约莫，活性不一定颇高。为了很难愈来愈容易的研究者IIa类HDAC的功用，特为日本公司研制成成一个从新颖的IIa类HDAC抑制作用剂 -- 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。另外的两个细胞器，NVS-HD2和NVS-HD3是同系列化合物的早期的抑制作用剂。使用这些特异的IIa类HDAC抑制作用剂，为基础习惯的蛋白质knockdown 或者knockout，史隽课题组找到了三个HDAC4 (也或许是别的IIa类HDAC) 的官能团。HDAC4可以去除MyHC上的羧酸。MyHC是引致脊柱收缩的sarcomere的主要成分。抑制作用 HDAC4可以增高细胞内MyHC的存量，并且在细胞和豚鼠里面抑制作用由利尿剂（dexamethasone）和神经缺陷引起的MyHC的亚基质损失。一个2010年的报道认为骨骼肌里面HDAC4的敲除可以抑制作用能降解MyHC的E3泛素连接底物MuRF1的蛋白质核糖体，从而卫生保健由于去神经引起的脊柱萎缩。而这篇文中揭示了一种完全相同的机制 -- 并不需要介导MyHC亚基。HDAC4过传达会引致MyHC的降解，而底物活性缺陷的D840N突变体则没法。即使MuRF1过传达后，IIa类HDAC抑制作用剂也足以阻止MyHC的降解。因而或许的物理性质是，HDAC4被抑制作用后，MyHC上的半胱氨酸被底物，所以没法被MuRF1加上泛素，也就不会被泛素亚基体系统降解。MyHC是骨骼肌里面的关键亚基，保持MyHC的亚基存量就可以卫生保健脊柱萎缩，并且保持脊柱收缩功用。相似的物理性质也适用于HDAC4的另一个官能团 -- PGC-1α。在脊柱特异性PGC-1α蛋白质工程豚鼠里面，PGC-1α的mRNA增高了> 10倍，而亚基质仅增高？3倍，部分原因是PGC-1α会被很快降解（t1/2？15分钟）。NVS-HD1不仅可以在细胞里面而且可以在大鼠里面增高PGC-1α亚基总体，却不显着影响PGC-1α mRNA总体。NVS-HD1增高的PGC-1α亚基质的存量也是？3倍，和蛋白质工程豚鼠类似。在失神经的豚鼠脊柱里面，即使PGC-1α mRNA总体轻微降偏高，HDAC4敲除或IIa类HDAC抑制作用剂也能阻止PGC-1α亚基的减小。抑制作用所有的 IIa类HDAC比原则上的HDAC4缺陷优点愈来愈轻微，与细胞内判读到的PGC-1α可以和所有的IIa类HDAC（I类HDAC没用）并不需要为基础的结果可知，暗示了IIa类HDAC之间可以互补主导作用。PGC-1α是从新陈代谢和真核细胞产生自营里面的关键核糖体共诱导因子。过传达PGC-1α的豚鼠平庸成改善的真核细胞功用，类似于社会活动后的变化。因此NVS-HD1或许在真核细胞营养不良或者其他从新陈代谢营养不良里面把握关键的主导作用。这篇文中也发掘成HDAC4可以和Hsc70并不需要为基础，并且可以去掉Hsc70的第128位半胱氨酸的羧酸修饰。当HDAC4的底物活性被抑制作用日后，底物的Hsc70就没法很好的为基础利尿剂的蛋白。但是只有与Hsc70和Hsp90为基础的利尿剂的蛋白，才是被完全诱导的可以为基础利尿剂的状态。因而IIa类HDAC抑制作用剂可以抑制作用利尿剂和蛋白为基础，从而卫生保健由它引起的脊柱萎缩。Hsc70是许多客户亚基履行出现异常功用所必需的大分子伴侣，因此其他关键途径也或许受HDAC4的调节。除此以外，这篇文中还发掘成HDAC3，MEF2不一定能和HDAC4并不需要为基础。IIa类HDAC抑制作用剂也并从未影响MEF2介导的蛋白质的传达。直到现在提成的IIa类HDAC作为形态性亚基的临时工物理性质似乎在骨骼肌里面不一定正确。独有记事: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