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的重要作用

组肽去乙酰化底物（HDAC， histone deacetylase）是癌症药物研发领域的邻近地区。在人类中所依赖于18种不同的HDAC，可以促使分作成4类：I类HDAC（HDAC1、2、3和8）主要依赖于于细胞核中所，主要机能是给组肽扶羧酸。II类HDAC促使分成：IIa类（HDAC4、5、7和9）和IIb类（HDAC6和10）。IV类HDAC11只能在神经，小肠和小肠上腺中所表达出来。III类HDAC与酿酒酵母肽SIR2系统性，使用NAD+而不是常用的底物促共激活剂Zn2+。与传统的I类HDAC不同，II类HDAC并不是组肽扶羧酸底物。这类HDAC的丝氨酸区的一个不可忽视——酪氨酸（tyrosine）被组氨酸（histidine）改用，因而针对组肽的扶羧酸丝氨酸比I类HDAC低1000多倍。因此，II类HDAC被普遍认为并不是一个有活性的底物，而是一个结构肽，通过为基础其他肽起功用。一个流行的理论模型是，II类HDAC可以标记特定核苷酸里甘氨酸（lysine）的羧酸剪裁，为基础上便可以招募别的肽，比如I类HDAC中所的HDAC3。HDAC3可以提供II类HDAC遗漏的去羧酸丝氨酸，并且还可以继续为基础NCoR/SMRT磷酸化共抑制复合物，从而负面影响基因核苷酸磷酸化。另一个主要理论模型是，II类HDAC可以为基础一些磷酸化系数（例如myocyte enhancer factor 2， MEF2），从而抑制这些磷酸化系数调控的基因核苷酸磷酸化。然而只是因为II类HDAC对组肽的丝氨酸很低，就认为II类HDAC并未丝氨酸的归纳是不严谨的。质谱研究同类型细胞肽的羧酸剪裁注意到有很多肽质都可以被羧酸化。这些肽质不只能只能都有细胞核内的肽，还都有细胞质和真核细胞里的肽等。另外，病原体并并未组肽，但是在病原体里，也注意到有很多肽可以被羧酸剪裁。这些证据都只不过了II类HDAC很有意味著还是有丝氨酸的，位点是与组肽不同的其他肽质。一个更加佳的范例就是IIb类HDAC6的位点之一是细胞质中所的细胞骨架肽。然而到目前为止，只有常常的IIa类HDAC的位点被注意到，大多还是通过过表达出来的方式证明的，并不一定是情况下的生理生态下的真正的位点。HDAC4归入IIa类HDAC，在动物模型脊椎肌中所，对多种诱发肌肉组织萎缩的刺激反应后，HDAC4的表达出来比率不会缩减。在因为衰引起的肌肉组织萎缩症中所，HDAC4在人类或者动物模型肌肉组织中所的表达出来比率也不会缩减。HDAC4同类型身敲除 (constitutive whole body knockout) 的动物模型在单单生便很快因为脊椎发育异常而致死。组织性特异的HDAC4基因核苷酸敲除的动物模型的数据显示HDAC4在情况下的生理生态下不是必须的，但是在压力或者卧病在床的生态下，它不会有新的机能。因此，促使认识到传染病长时间下HDAC4的分子靶标意味著不会建起新的治疗选择。2019年10年底15日，诺华制药公司美国研发中所心的史隽课题组在Cell Reports出版年底出版HDAC4 Controls Muscle Homeostasis through Deacetylation of Myosin Hey Chain， PGC-1α， and Hsc70的文章，通过新研发的抗病毒的IIa类HDAC特异的小分子衍生物，为基础基因核苷酸敲除的手段，注意到了三个同类型新的HDAC4底物位点：肌动肽重链 (myosin hey chain isoforms，MyHC)，PGC-1α和热激肽70 (Hsc70)，同时还研究了HDAC4催化这些位点的生理学意义。以前的很多针对IIa类HDAC的研究大多是通过抑制基因核苷酸表达出来的方式来实现的。但是基因核苷酸不表达出来，导致整个肽表达出来减少，并不能区分开这类肽作为底物或者是结构性肽的机能。而目前出版的为数不多的HDAC丝氨酸的小分子衍生物，例如TSA， vorinostat (也叫SAHA)， 只不过都只能抑制I类HDAC，对IIa类HDAC基本上并未活性。一个由Tempero Pharmaceuticals共同开发的叫做叫TMP195的小分子，却是针对IIa类HDAC比较特异的小分子衍生物，但是它对IIa类HDAC的EC50将近在0.2 μM左右，活性并不很高。为了能够更加佳的研究IIa类HDAC的机能，诺华公司研发单单一个新颖的IIa类HDAC衍生物 -- NVS-HD1，非常抗病毒，EC50 < 1nM。NVS-HD1的选择性也很强，对于I类HDAC的EC50 都超过了1 μM。另外的两个小分子，NVS-HD2和NVS-HD3是同系列化合物的早期的衍生物。使用这些特异的IIa类HDAC衍生物，为基础传统的基因核苷酸knockdown 或者knockout，史隽课题组找到了三个HDAC4 (也意味著是别的IIa类HDAC) 的位点。HDAC4可以去除MyHC上的羧酸。MyHC是导致肌肉组织收缩的sarcomere的主要成分。抑制 HDAC4可以缩减脂质MyHC的比率，并且在细胞和动物模型中所抑制由抗生素（dexamethasone）和神经遗漏引起的MyHC的肽质损失。一个2010年的报道认为脊椎肌中所HDAC4的敲除可以抑制能降解MyHC的E3泛素连接底物MuRF1的基因核苷酸磷酸化，从而预防由于去神经引起的肌肉组织萎缩。而这篇文章揭示了一种不同的机制 -- 必要调控MyHC肽。HDAC4过表达出来不会导致MyHC的降解，而丝氨酸遗漏的D840N突变体则不能。即使MuRF1过表达出来后，IIa类HDAC衍生物也足以阻止MyHC的降解。因而意味著的反应机理是，HDAC4被抑制后，MyHC上的甘氨酸被乙酰化，所以不能被MuRF1加上泛素，也就不不会被泛素肽体系统降解。MyHC是脊椎肌中所的不可忽视肽，保持MyHC的肽比率就可以预防肌肉组织萎缩，并且保持肌肉组织收缩机能。相似的反应机理也适用于HDAC4的另一个位点 -- PGC-1α。在肌肉组织特异性PGC-1α种质核苷酸动物模型中所，PGC-1α的mRNA缩减了> 10倍，而肽质只能缩减？3倍，大多原因是PGC-1α不会被很快降解（t1/2？15分钟）。NVS-HD1不只能可以在细胞中所而且可以在灵长类动物中所缩减PGC-1α肽水平，却不显着负面影响PGC-1α mRNA水平。NVS-HD1缩减的PGC-1α肽质的比率也是？3倍，和种质核苷酸动物模型类似于。在失神经的动物模型肌肉组织中所，即使PGC-1α mRNA水平有所缩减，HDAC4敲除或IIa类HDAC衍生物也能阻止PGC-1α肽的减少。抑制所有的 IIa类HDAC比单独的HDAC4遗漏效果更加明显，与脂质检视到的PGC-1α可以和所有的IIa类HDAC（I类HDAC不行）必要为基础的结果相符合，只不过了IIa类HDAC密切关系可以互补功用。PGC-1α是激素和真核细胞产生通路中所的不可忽视磷酸化共激活系数。过表达出来PGC-1α的动物模型表现单单改善的真核细胞机能，类似于于运动后的叠加。因此NVS-HD1意味著在真核细胞传染病或者其他激素传染病中所发挥不可忽视的功用。这篇文章也注意到HDAC4可以和Hsc70必要为基础，并且可以去除Hsc70的第128位甘氨酸的羧酸剪裁。当HDAC4的丝氨酸被抑制便，乙酰化的Hsc70就不能更加佳的为基础抗生素的所致体。但是只有与Hsc70和Hsp90为基础的抗生素的所致体，才是被仅仅激活的可以为基础抗生素的长时间。因而IIa类HDAC衍生物可以抑制抗生素和所致体为基础，从而预防由它引起的肌肉组织萎缩。Hsc70是许多顾客肽行使情况下机能所必需的分子伴侣，因此其他不可忽视途径也意味著所致HDAC4的调节。；还有，这篇文章还注意到HDAC3，MEF2并不能和HDAC4必要为基础。IIa类HDAC衍生物也并并未负面影响MEF2调控的基因核苷酸的表达出来。以前提单单的IIa类HDAC作为结构性肽的临时工反应机理似乎在脊椎肌中所并不正确地。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