Cell Rep │ 史隽课题组了解到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

鸟嘌呤去与此相反线粒体酶（HDAC， histone deacetylase）是癌症用药研制出领域的热点。在全人类当中依赖于18种相同的HDAC，可以进一步细分为4类：I类HDAC（HDAC1、2、3和8）主要依赖于于线粒体核当中，主要功用是给鸟嘌呤扶胺基。II类HDAC进一步分为：IIa类（HDAC4、5、7和9）和IIb类（HDAC6和10）。IV类HDAC11大均在大脑，小肠和阴囊当中理解。III类HDAC与酵母线粒体SIR2相关，使用NAD+而不是中用的线粒体酶促共激活剂Zn2+。与有别于的I类HDAC相同，II类HDAC并不一定是鸟嘌呤扶胺基线粒体酶。这类HDAC的底物区的一个重要——酪氨酸（tyrosine）被色氨酸（histidine）取代，因而针对鸟嘌呤的扶胺基底物比I类HDAC低1000多倍。因此，II类HDAC被认为并不一定是一个有活性的线粒体酶，而是一个结构线粒体，通过紧密结合其他线粒体起主导作用。一个风行的理论是，II类HDAC可以鉴别特定基因序列中都乙酰（lysine）的胺基标记，紧密结合上以前可以招募别的线粒体，比如I类HDAC当中的HDAC3。HDAC3可以透过II类HDAC缺逮的去胺基底物，并且还可以继续紧密结合NCoR/SMRT激活共可抑制复合物，从而受到影响基因组激活。另一个主要理论是，II类HDAC可以紧密结合一些激活变异（例如myocyte enhancer factor 2， MEF2），从而可抑制这些激活变异调控的基因组激活。然而只是因为II类HDAC对鸟嘌呤的底物很差，就认为II类HDAC从未底物的推论是不繁复的。质谱法分析均线粒体线粒体的胺基标记发掘出有很多线粒体质都可以被胺基化。这些线粒体质不大均大均还包括线粒体核内的线粒体，还还包括线粒体质和磷酸化中都的线粒体等。另外，病原体并从未鸟嘌呤，但是在病原体中都，也发掘出有很多线粒体可以被胺基标记。这些证明都暗示了II类HDAC很有确实还是有底物的，底物是与鸟嘌呤相同的其他线粒体质。一个很好的例子就是IIb类HDAC6的底物之一是线粒体质当中的微管线粒体。然而到目前为止，只有很少的IIa类HDAC的底物被发掘出，大均还是通过过理解的方法证明的，并不一定一定是但会的生理状况下的根本的底物。HDAC4分属IIa类HDAC，在大鼠颅骨肌当中，对多种诱导躯干变小的刺激反应会后，HDAC4的理解量会减低。在因为衰引起的躯干变小症当中，HDAC4在全人类或者大鼠躯干当中的理解量也会减低。HDAC4均身敲除 (constitutive whole body knockout) 的大鼠在外祖父以前很快因为颅骨成年期异常而死亡。其发展特异的HDAC4基因组敲除的大鼠的数据表明HDAC4在但会的生理状况下不是必须的，但是在压力或者生病的状况下，它会有新的功用。因此，进一步了解传染病实质上下HDAC4的分子遗传物质确实会开拓新的放射治疗选择。2019年10月15日，诺华制药该公司新泽西州研制出当中心的通史湛课题组在Cell Reports发表题为HDAC4 Controls Muscle Homeostasis through Deacetylation of Myosin Hey Chain， PGC-1α， and Hsc70的文章，通过新研制出的类似物的IIa类HDAC特异的线粒体器可衍生物，紧密结合基因组敲除的手段，发掘出了三个均新的HDAC4线粒体酶底物：肌球线粒体重链 (myosin hey chain isoforms，MyHC)，PGC-1α和热激线粒体70 (Hsc70)，同时还分析了HDAC4催化这些底物的神经科意义。基本上的很多针对IIa类HDAC的研究成果大均是通过可抑制基因组理解的方法来意味着的。但是基因组不理解，引致整个线粒体理解减少，并无法区分这类线粒体作为线粒体酶或者是持续性线粒体的功用。而目前发表的广谱的HDAC底物的线粒体器可衍生物，例如TSA， vorinostat (也叫SAHA)， 其实都并不一定需要可抑制I类HDAC，对IIa类HDAC基本从未活性。一个由Tempero Pharmaceuticals开发的比如说叫TMP195的线粒体器，算是针对IIa类HDAC比较特异的线粒体器可衍生物，但是它对IIa类HDAC的EC50大约在0.2 μM左右，活性并不一定很高。为了都能更快的研究成果IIa类HDAC的功用，诺华该公司研制出出一个新颖的IIa类HDAC可衍生物 -- NVS-HD1，比较类似物，EC50 < 1nM。NVS-HD1的选择性也很强，对于I类HDAC的EC50 都超过了1 μM。另外的两个线粒体器，NVS-HD2和NVS-HD3是同系列化合物的早期的可衍生物。使用这些特异的IIa类HDAC可衍生物，紧密结合有别于的基因组knockdown 或者knockout，通史湛课题组找到了三个HDAC4 (也确实是别的IIa类HDAC) 的底物。HDAC4可以去除MyHC上的胺基。MyHC是引致躯干收缩的sarcomere的主要成分。可抑制 HDAC4可以减低线粒体内MyHC的量，并且在线粒体和大鼠当中可抑制由利尿剂（dexamethasone）和神经缺逮引起的MyHC的线粒体质损逮。一个2010年的报道认为颅骨肌当中HDAC4的敲除可以可抑制能降解MyHC的E3泛素连接线粒体酶MuRF1的基因组激活，从而预防由于去神经引起的躯干变小。而这前言揭示了一种相同的机制 -- 必要调控MyHC线粒体。HDAC4过理解会引致MyHC的降解，而底物缺逮的D840N突变体则无法。即使MuRF1过理解后，IIa类HDAC可衍生物也足以阻止MyHC的降解。因而确实的催化反应会是，HDAC4被可抑制后，MyHC上的乙酰被与此相反，所以无法被MuRF1加上泛素，也就不会被泛素线粒体体系统降解。MyHC是颅骨肌当中的重要线粒体，保持MyHC的线粒体量就可以预防躯干变小，并且保持躯干收缩功用。相似的催化反应会也适用于HDAC4的另一个底物 -- PGC-1α。在躯干特异性PGC-1α遗传工程组大鼠当中，PGC-1α的mRNA减低了> 10倍，而线粒体质大均减低？3倍，均原因是PGC-1α会被很快降解（t1/2？15分钟）。NVS-HD1不大均可以在线粒体当中而且可以在毒素当中减低PGC-1α线粒体水准，却不显着受到影响PGC-1α mRNA水准。NVS-HD1减低的PGC-1α线粒体质的量也是？3倍，和遗传工程组大鼠近似于。在逮神经的大鼠躯干当中，即使PGC-1α mRNA水准明显降低，HDAC4敲除或IIa类HDAC可衍生物也能阻止PGC-1α线粒体的减少。可抑制所有的 IIa类HDAC比单独的HDAC4缺逮敏感度更明显，与线粒体内观察到的PGC-1α可以和所有的IIa类HDAC（I类HDAC没用）必要紧密结合的结果无法解释，暗示了IIa类HDAC之间可以互补主导作用。PGC-1α是葡萄糖和磷酸化产生通路当中的重要激活共激活变异。过理解PGC-1α的大鼠表现出改善的磷酸化功用，近似于于运动后的变化。因此NVS-HD1确实在磷酸化传染病或者其他葡萄糖传染病当中发挥重要的主导作用。这前言也发掘出HDAC4可以和Hsc70必要紧密结合，并且可以去掉Hsc70的第128位乙酰的胺基标记。当HDAC4的底物被可抑制以前，与此相反的Hsc70就无法很好的紧密结合利尿剂的均受体。但是只有与Hsc70和Hsp90紧密结合的利尿剂的均受体，才是被完均激活的可以紧密结合利尿剂的实质上。因而IIa类HDAC可衍生物可以可抑制利尿剂和均受体紧密结合，从而预防由它引起的躯干变小。Hsc70是许多客户线粒体赋予但会功用所必需的分子伴侣，因此其他重要途径也确实均受HDAC4的调节。除此以外，这前言还发掘出HDAC3，MEF2并无法和HDAC4必要紧密结合。IIa类HDAC可衍生物也并从未受到影响MEF2调控的基因组的理解。基本上提出的IIa类HDAC作为持续性线粒体的指导工作催化反应会似乎在颅骨肌当中并不一定应该。独有出处: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