Cell Rep │ 史隽课题组揭示3个全新的HDAC4酶活性丝氨酸及其在肌肉萎缩症中的重要作用

组复合物去产物蛋白酶（HDAC， histone deacetylase）是癌症药剂开发领域的热点。在本能中的假定18种有所不同的HDAC，可以进一步分作为4类：I类HDAC（HDAC1、2、3和8）主要假定于肝核糖体中的，主要特性是给组复合物脱甲基。II类HDAC进一步分为：IIa类（HDAC4、5、7和9）和IIb类（HDAC6和10）。IV类HDAC11仅在脑干，肾和睾丸中的表达不止来。III类HDAC与菌种复合物SIR2相关，使用NAD+而不是多种不同于的蛋白酶促一共触发剂Zn2+。与传统的I类HDAC有所不同，II类HDAC极为是组复合物脱甲基蛋白酶。这类HDAC的半胱氨酸区外的一个最重要——组氨酸（tyrosine）被组氨酸（histidine）变为，因而针对组复合物的脱甲基半胱氨酸比I类HDAC低1000多倍。因此，II类HDAC被视之为极为是一个有活性的蛋白酶，而是一个结构复合物，通过转化其他复合物起作用。一个流行的理论是，II类HDAC可以鉴别特定序列内都半胱氨酸（lysine）的甲基省略，转化上直至可以征募别的复合物，比如I类HDAC中的的HDAC3。HDAC3可以提供II类HDAC缺陷的去甲基半胱氨酸，并且还可以之后转化NCoR/SMRT核苷酸一共抑制作用复合物，从而受到影响等位基因核苷酸。另一个主要理论是，II类HDAC可以转化一些核苷酸突变（例如myocyte enhancer factor 2， MEF2），从而抑制作用这些核苷酸突变诱导的等位基因核苷酸。然而只是因为II类HDAC对组复合物的半胱氨酸很低，就认为II类HDAC没有人半胱氨酸的解释是不严谨的。质谱量化全肝细胞复合物的甲基省略推测有很多复合物质都可以被甲基化。这些复合物质不仅仅包含肝核糖体内的复合物，还包含肝叶绿体和核糖体内都的复合物等。另外，细菌并没有人组复合物，但是在细菌内都，也推测有很多复合物可以被甲基省略。这些确凿都也许了II类HDAC很有有可能还是有半胱氨酸的，底物是与组复合物有所不同的其他复合物质。一个极佳的例子就是IIb类HDAC6的底物之一是肝叶绿体中的的微管复合物。然而到现有为止，只有很少的IIa类HDAC的底物被推测，大多还是通过过表达不止来的量化方法证明的，也就是说是长时间的生理环境下的真正的底物。HDAC4属于IIa类HDAC，在果蝇外周中的，对多种诱导身体萎缩的兴奋化学反应后，HDAC4的表达不止来生产量就会提高。在因为衰引致的身体萎缩症中的，HDAC4在本能或者果蝇身体中的的表达不止来生产量也就会提高。HDAC4脸部敲除 (constitutive whole body knockout) 的果蝇在不止生直至很快因为骨骼发育持续性而丧命。自主性特异的HDAC4等位基因敲除的果蝇的原始数据揭示HDAC4在长时间的生理环境下不是必须的，但是在担忧或者生病的环境下，它就会有一新特性。因此，进一步明白病因长时间下HDAC4的分子核酸有可能就会开辟一新治疗选择。2019年10月15日，诺华制药该公司美国开发中的心的史隽课题组在Cell Reports发表文中的HDAC4 Controls Muscle Homeostasis through Deacetylation of Myosin Hey Chain， PGC-1α， and Hsc70的文章，通过新开发的强效的IIa类HDAC特异的多肽抑制作用，转化等位基因敲除的手段，推测了三个全一新HDAC4蛋白酶底物：肌球复合物重链 (myosin hey chain isoforms，MyHC)，PGC-1α和热激复合物70 (Hsc70)，同时还量化了HDAC4催化这些底物的生理学意义。现在的很多针对IIa类HDAC的研究成果大多是通过抑制作用等位基因表达不止来的量化方法来实现的。但是等位基因不表达不止来，导致整个复合物表达不止来减低，并只能区外分这类复合物作为蛋白酶或者是经常性复合物的特性。而现有发表的多种不同物的HDAC半胱氨酸的多肽抑制作用，例如TSA， vorinostat (也叫SAHA)， 回事都只能抑制作用I类HDAC，对IIa类HDAC基本没有人活性。一个由Tempero Pharmaceuticals开发的叫做叫TMP195的多肽，算是针对IIa类HDAC比较特异的多肽抑制作用，但是它对IIa类HDAC的EC50大约在0.2 μM约莫，活性极为极低。为了能够更好的研究成果IIa类HDAC的特性，诺华该公司开发不止一个独创的IIa类HDAC抑制作用 -- NVS-HD1，极为强效，EC50 < 1nM。NVS-HD1的选择性也很强，对于I类HDAC的EC50 都超过了1 μM。另外的两个多肽，NVS-HD2和NVS-HD3是同系列化合物的早期的抑制作用。使用这些特异的IIa类HDAC抑制作用，转化传统的等位基因knockdown 或者knockout，史隽课题组找到了三个HDAC4 (也有可能是别的IIa类HDAC) 的底物。HDAC4可以去除MyHC上的甲基。MyHC是导致身体收缩的sarcomere的主要成分。抑制作用 HDAC4可以提高肝细胞内MyHC的生产量，并且在肝细胞和果蝇中的抑制作用由抗生素（dexamethasone）和脊髓缺陷引致的MyHC的复合物质损失。一个2010年的报道认为外周中的HDAC4的敲除可以抑制作用能过氧化物MyHC的E3泛素连接蛋白酶MuRF1的等位基因核苷酸，从而传染病由于去脊髓引致的身体萎缩。而这文中揭示了一种有所不同的机制 -- 从外部诱导MyHC复合物。HDAC4过表达不止来就会导致MyHC的过氧化物，而半胱氨酸缺陷的D840N突变体则只能。即使MuRF1过表达不止来后，IIa类HDAC抑制作用也足以阻止MyHC的过氧化物。因而有可能的机理是，HDAC4被抑制作用后，MyHC上的半胱氨酸被产物，所以只能被MuRF1加上泛素，也就不就会被泛素复合物体系统过氧化物。MyHC是外周中的的最重要复合物，保持MyHC的复合物生产量就可以传染病身体萎缩，并且保持身体收缩特性。相似的机理也适用于HDAC4的另一个底物 -- PGC-1α。在身体特异性PGC-1α转等位基因果蝇中的，PGC-1α的mRNA提高了> 10倍，而复合物质仅提高？3倍，部分原因是PGC-1α就会被很快过氧化物（t1/2？15分钟）。NVS-HD1不仅可以在肝细胞中的而且可以在大鼠中的提高PGC-1α复合物技术水平，却不显着受到影响PGC-1α mRNA技术水平。NVS-HD1提高的PGC-1α复合物质的生产量也是？3倍，和转等位基因果蝇多种不同。在失脊髓的果蝇身体中的，即使PGC-1α mRNA技术水平极低，HDAC4敲除或IIa类HDAC抑制作用也能阻止PGC-1α复合物的减低。抑制作用所有的 IIa类HDAC比单独的HDAC4缺陷功效更微小，与肝细胞内观察到的PGC-1α可以和所有的IIa类HDAC（I类HDAC不行）从外部转化的结果可知，也许了IIa类HDAC错综复杂可以互补作用。PGC-1α是新陈代谢和核糖体显现不止通道中的的最重要核苷酸一共触发突变。过表达不止来PGC-1α的果蝇显出不止增加的核糖体特性，多种不同于运动后的变化。因此NVS-HD1有可能在核糖体病因或者其他新陈代谢病因中的发挥最重要的作用。这文中也推测HDAC4可以和Hsc70从外部转化，并且可以去掉Hsc70的第128位半胱氨酸的甲基省略。当HDAC4的半胱氨酸被抑制作用直至，产物的Hsc70就只能极佳的转化抗生素的蛋白。但是只有与Hsc70和Hsp90转化的抗生素的蛋白，才是被完全触发的可以转化抗生素的长时间。因而IIa类HDAC抑制作用可以抑制作用抗生素和蛋白转化，从而传染病由它引致的身体萎缩。Hsc70是许多供应商复合物行使长时间特性所极为需要的分子性伴侣，因此其他最重要途径也有可能受HDAC4的抑制作用。除此以外，这文中还推测HDAC3，MEF2并只能和HDAC4从外部转化。IIa类HDAC抑制作用也并没有人受到影响MEF2诱导的等位基因的表达不止来。现在提不止的IIa类HDAC作为经常性复合物的工作机理似乎在外周中的极为正确。原始不止处: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