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里面的重要作用

组蛋白质去选择性复合物（HDAC， histone deacetylase）是癌症药物开发设计科技领域的热点。在全人类中会存在18种完全相同的HDAC，可以再进一步细分为4类：I类HDAC（HDAC1、2、3和8）主要存在于叶绿体中会，主要功能性是给组蛋白质透乙基。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仅仅在小脑，消化道和卵巢中会表达显露来。III类HDAC与酵母蛋白质SIR2相关，使用NAD+而不是常用的复合物促总共激活剂Zn2+。与传统的I类HDAC完全相同，II类HDAC并不是组蛋白质透乙基复合物。这类HDAC的蛋白质复合物区内的一个关键——酪氨酸（tyrosine）被组氨酸（histidine）变为，因而针对组蛋白质的透乙基蛋白质复合物比I类HDAC低1000多倍。因此，II类HDAC被普遍确信并不是一个有活性的复合物，而是一个结构蛋白质，通过联结其他蛋白质起作用。一个流行的理论是，II类HDAC可以识别特定序列里赖氨酸（lysine）的乙基修饰，联结上之后可以招募别的蛋白质，比如I类HDAC中会的HDAC3。HDAC3可以提供II类HDAC缺惜的去乙基蛋白质复合物，并且还可以继续联结NCoR/SMRT特异性总共消除复合物，从而严重影响等位基因特异性。另一个主要理论是，II类HDAC可以联结一些特异性突变（例如myocyte enhancer factor 2， MEF2），从而消除这些特异性突变调控的等位基因特异性。然而只是因为II类HDAC对组蛋白质的蛋白质复合物高得多，就确信II类HDAC没蛋白质复合物的推论是不严谨的。质谱分析全蛋白质蛋白质的乙基修饰挖掘显露有很多蛋白质质都可以被乙基所谓。这些蛋白质质不仅仅仅仅包括叶绿体内的蛋白质，包括蛋白质质和肝细胞里的蛋白质等。另外，细菌并没组蛋白质，但是在细菌里，也挖掘显露有很多蛋白质可以被乙基修饰。这些论据都却是了II类HDAC很有意味著还是有蛋白质复合物的，羧酸是与组蛋白质完全相同的其他蛋白质质。一个很好的例子就是IIb类HDAC6的羧酸之一是蛋白质质中会的微管蛋白质。然而到现阶段为止，只有甚少的IIa类HDAC的羧酸被挖掘显露，大部分还是通过过表达显露来的法则证明的，并不一定是经常性的生理环境下的真正的羧酸。HDAC4仅仅指IIa类HDAC，在动物模型股骨肌中会，对多种游离神经衰退的冲动反应后，HDAC4的表达显露来需求量会增高。在因为衰惹来的神经衰退症中会，HDAC4在全人类或者动物模型神经中会的表达显露来需求量也会增高。HDAC4身体敲除 (constitutive whole body knockout) 的动物模型在显露生之后再一因为股骨愈合显露现异常而死亡。组织性特异的HDAC4等位基因敲除的动物模型的数据显示HDAC4在经常性的生理环境下不是必须的，但是在压力或者生病的环境下，它会有原先功能性。因此，再进一步知晓性疾病长时间下HDAC4的分子靶标意味著会开辟原先治疗选择。2019年10月15日，帕利制药美国公司美国开发设计中会心的日本史隽课题组在Cell Reports刊发并作HDAC4 Controls Muscle Homeostasis through Deacetylation of Myosin Hey Chain， PGC-1α， and Hsc70的短文，通过新开发设计的强效的IIa类HDAC特异的单糖消除剂，联结等位基因敲除的意图，挖掘显露了三个全原先HDAC4复合物羧酸：肌球蛋白质重链 (myosin hey chain isoforms，MyHC)，PGC-1α和热激蛋白质70 (Hsc70)，同时还分析了HDAC4催所谓这些羧酸的生理学意义。基本上上的很多针对IIa类HDAC的研究工作大部分是通过消除等位端粒酶显露来的法则来解决问题的。但是等位基因不表达显露来，导致整个蛋白质表达显露来下降，并很难区内分这类蛋白质作为复合物或者是结构性蛋白质的功能性。而现阶段刊发的广谱的HDAC蛋白质复合物的单糖消除剂，例如TSA， vorinostat (也叫SAHA)， 却是都只能消除I类HDAC，对IIa类HDAC基本上没活性。一个由Tempero Pharmaceuticals开发的叫做叫TMP195的单糖，算是针对IIa类HDAC比较特异的单糖消除剂，但是它对IIa类HDAC的EC50大约在0.2 μM左右，活性并不很高。为了能够更佳的研究工作IIa类HDAC的功能性，帕利美国公司开发设计显露一个新颖的IIa类HDAC消除剂 ---- 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。另外的两个单糖，NVS-HD2和NVS-HD3是同系列所谓合物的早期的消除剂。使用这些特异的IIa类HDAC消除剂，联结传统的等位基因knockdown 或者knockout，日本史隽课题组找到了三个HDAC4 (也意味著是别的IIa类HDAC) 的羧酸。HDAC4可以去除MyHC上的乙基。MyHC是导致神经收缩的sarcomere的主要成分。消除 HDAC4可以增高蛋白质质MyHC的需求量，并且在蛋白质和动物模型中会消除由本品（dexamethasone）和神经缺惜惹来的MyHC的蛋白质质损惜。一个2010年的报道确信股骨肌中会HDAC4的敲除可以消除能分解MyHC的E3泛素连接复合物MuRF1的等位基因特异性，从而传染病由于去神经惹来的神经衰退。而这一段话揭示了一种完全相同的机制 ---- 从外部调控MyHC蛋白质。HDAC4过表达显露来会导致MyHC的分解，而蛋白质复合物缺惜的D840N突变体则很难。即使MuRF1过表达显露来后，IIa类HDAC消除剂也足以阻止MyHC的分解。因而意味著的机理是，HDAC4被消除后，MyHC上的赖氨酸被选择性，所以很难被MuRF1加上泛素，也就不会被泛素蛋白质体系统分解。MyHC是股骨肌中会的关键蛋白质，保持MyHC的蛋白质需求量就可以传染病神经衰退，并且保持神经收缩功能性。相似的机理也适用于HDAC4的另一个羧酸 ---- PGC-1α。在神经特异性PGC-1α转等位基因动物模型中会，PGC-1α的mRNA增高了> 10倍，而蛋白质质仅仅增高？3倍，部分原因是PGC-1α会被再一分解（t1/2？15分钟）。NVS-HD1不仅仅可以在蛋白质中会而且可以在大鼠中会增高PGC-1α蛋白质水准，却不显着严重影响PGC-1α mRNA水准。NVS-HD1增高的PGC-1α蛋白质质的需求量也是？3倍，和转等位基因动物模型类似。在惜神经的动物模型神经中会，即使PGC-1α mRNA水准相对来说降低，HDAC4敲除或IIa类HDAC消除剂也能阻止PGC-1α蛋白质的下降。消除所有的 IIa类HDAC比单独的HDAC4缺惜效果更相对来说，与蛋白质质观察到的PGC-1α可以和所有的IIa类HDAC（I类HDAC不行）从外部联结的结果相符合，却是了IIa类HDAC之间可以互补作用。PGC-1α是代谢和肝细胞产生通路中会的关键特异性总共激活突变。过表达显露来PGC-1α的动物模型表现显露加强的肝细胞功能性，类似于青年运动后的变所谓。因此NVS-HD1意味著在肝细胞性疾病或者其他代谢性疾病中会发挥关键的作用。这一段话也挖掘显露HDAC4可以和Hsc70从外部联结，并且可以去掉Hsc70的第128位赖氨酸的乙基修饰。当HDAC4的蛋白质复合物被消除之后，选择性的Hsc70就很难很好的联结本品的受体。但是只有与Hsc70和Hsp90联结的本品的受体，才是被实际上激活的可以联结本品的长时间。因而IIa类HDAC消除剂可以消除本品和受体联结，从而传染病由它惹来的神经衰退。Hsc70是许多客户蛋白质履行经常性功能性所必需的分子性伴侣，因此其他关键途径也意味著受HDAC4的调节。则有，这一段话还挖掘显露HDAC3，MEF2并很难和HDAC4从外部联结。IIa类HDAC消除剂也并没严重影响MEF2调控的等位基因的表达显露来。基本上上提显露的IIa类HDAC作为结构性蛋白质的工作机理似乎在股骨肌中会并不正确。值得注意中会有: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