Cell Rep │ 史隽课题组揭示3个全新的HDAC4酵素底物及其在肌肉萎缩症中的重要作用

组亚基去乙酰解构蛋白酶（HDAC， histone deacetylase）是癌症用药开发设计层面的热点。在人类从前面假定18种完全相同的HDAC，可以进一步区分为4类：I类HDAC（HDAC1、2、3和8）主要假定于核糖体从前面，主要功能性是给组亚基透亚胺。II类HDAC进一步分为：IIa类（HDAC4、5、7和9）和IIb类（HDAC6和10）。IV类HDAC11非常少在脑，肾和睾丸从前面传达。III类HDAC与细菌亚基SIR2方面，使用NAD+而不是常用的蛋白酶促共计应答剂Zn2+。与传统的I类HDAC完全相同，II类HDAC相当是组亚基透亚胺蛋白酶。这类HDAC的酵素区的一个重要——水解酶（tyrosine）被水解酶（histidine）替换，因而针对组亚基的透亚胺酵素比I类HDAC较低1000多倍。因此，II类HDAC被并不确信相当是一个有活性的蛋白酶，而是一个结构亚基，通过联结其他亚基起抑制作用。一个广为人知的理论是，II类HDAC可以识别特定序列从前丝氨酸（lysine）的亚胺省略，联结上便可以召募别的亚基，比如I类HDAC从前面的HDAC3。HDAC3可以提供II类HDAC纠正的去亚胺酵素，并且还可以继续联结NCoR/SMRTRNA共计可抑制蛋白质，从而制约突变RNA。另一个主要理论是，II类HDAC可以联结一些RNA表征（例如myocyte enhancer factor 2， MEF2），从而可抑制这些RNA表征抑制的突变RNA。然而只是因为II类HDAC对组亚基的酵素很较低，就确信II类HDAC从未酵素的推断是不明晰的。质谱法系统性全细胞核亚基的亚胺省略注意到有很多亚基质都可以被亚胺解构。这些亚基质非常少非常少有数核糖体内的亚基，还有数细胞核膜和肝细胞核从前的亚基等。另外，病菌并从未组亚基，但是在病菌从前，也注意到有很多亚基可以被亚胺省略。这些迹象都显然了II类HDAC很有可能还是有酵素的，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的官能团之一是细胞核膜从前面的微管亚基。然而到近期，只有甚少的IIa类HDAC的官能团被注意到，极少还是通过过传达的新方法推断的，相当一定是但可能会的心理周边环境下的确实的官能团。HDAC4不属于IIa类HDAC，在活体神经从前面，对多种诱导四肢消退的抑制反应后，HDAC4的传达存量可能会减少。在因为大变激起的四肢消退症从前面，HDAC4在人类或者活体四肢从前面的传达存量也可能会减少。HDAC4全身敲除 (constitutive whole body knockout) 的活体在单单生于便很快因为头骨发育反常而遇害。时间推移特异的HDAC4突变敲除的活体的数据集显示HDAC4在但可能会的心理周边环境下不是必须的，但是在阻碍或者病倒的周边环境下，它可能会有新功能性。因此，进一步了解疾病稳定状态下HDAC4的原子靶标则可能会开辟新病患选择。2019年10月15日，诺华精细化工子公司American开发设计从前面心的简史隽课题组在Cell Reports发表题为HDAC4 Controls Muscle Homeostasis through Deacetylation of Myosin Hey Chain， PGC-1α， and Hsc70的文章，通过新开发设计的强效的IIa类HDAC特异的小原子可用药，联结突变敲除的手段，注意到了三个全新HDAC4蛋白酶官能团：肌球亚基重链 (myosin hey chain isoforms，MyHC)，PGC-1α和热激亚基70 (Hsc70)，同时还系统性了HDAC4催解构这些官能团的心理学意味。以前的很多针对IIa类HDAC的研究极少是通过可抑制突变传达的新方法来构建的。但是突变不传达，导致整个亚基传达缩减，相当能辨别这类亚基作为蛋白酶或者是系统性亚基的功能性。而目前发表的广谱的HDAC酵素的小原子可用药，例如TSA， vorinostat (也叫SAHA)， 其实都不可可抑制I类HDAC，对IIa类HDAC也就是说从未活性。一个由Tempero Pharmaceuticals开发的叫做叫TMP195的小原子，算是针对IIa类HDAC相比较特异的小原子可用药，但是它对IIa类HDAC的EC50大约在0.2 μM有数，活性相当很高。为了很难很好的研究IIa类HDAC的功能性，诺华子公司开发设计单单一个新颖的IIa类HDAC可用药 -- 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。另外的两个小原子，NVS-HD2和NVS-HD3是同系列解构合物的早期的可用药。使用这些特异的IIa类HDAC可用药，联结传统的突变knockdown 或者knockout，简史隽课题组找到了三个HDAC4 (也可能是别的IIa类HDAC) 的官能团。HDAC4可以去除MyHC上的亚胺。MyHC是导致四肢收缩的sarcomere的主要成分。可抑制 HDAC4可以减少蛋白质MyHC的存量，并且在细胞核和活体从前面可抑制由利尿剂（dexamethasone）和神经纠正激起的MyHC的亚基质损失。一个2010年的报道确信神经从前面HDAC4的敲除可以可抑制能副产物MyHC的E3泛素连接蛋白酶MuRF1的突变RNA，从而预防由于去神经激起的四肢消退。而这篇文章揭示了一种完全相同的机制 -- 并不需要抑制MyHC亚基。HDAC4过传达可能会导致MyHC的副产物，而酵素纠正的D840N突变体则不可。即使MuRF1过传达后，IIa类HDAC可用药也足以阻止MyHC的副产物。因而可能的特异性是，HDAC4被可抑制后，MyHC上的丝氨酸被乙酰解构，所以不可被MuRF1加上泛素，也就不可能会被泛素亚基体系统副产物。MyHC是神经从前面的重要亚基，保持MyHC的亚基存量就可以预防四肢消退，并且保持四肢收缩功能性。相似的特异性也适用于HDAC4的另一个官能团 -- PGC-1α。在四肢特异性PGC-1α转突变活体从前面，PGC-1α的mRNA减少了> 10倍，而亚基质非常少减少？3倍，部分原因是PGC-1α可能会被很快副产物（t1/2？15分钟）。NVS-HD1不非常少可以在细胞核从前面而且可以在果蝇从前面减少PGC-1α亚基高度，却不显着制约PGC-1α mRNA高度。NVS-HD1减少的PGC-1α亚基质的存量也是？3倍，和转突变活体类似。在失神经的活体四肢从前面，即使PGC-1α mRNA高度明显降较低，HDAC4敲除或IIa类HDAC可用药也能阻止PGC-1α亚基的缩减。可抑制所有的 IIa类HDAC比另行的HDAC4纠正效果更明显，与蛋白质观察到的PGC-1α可以和所有的IIa类HDAC（I类HDAC不来）并不需要联结的结果无法解释，显然了IIa类HDAC错综复杂可以互补抑制作用。PGC-1α是副产物和肝细胞核产生通路从前面的重要RNA共计应答表征。过传达PGC-1α的活体体现单单增加的肝细胞核功能性，类似于运动后的变解构。因此NVS-HD1可能在肝细胞核疾病或者其他副产物疾病从前面发挥重要的抑制作用。这篇文章也注意到HDAC4可以和Hsc70并不需要联结，并且可以除去Hsc70的第128位丝氨酸的亚胺省略。当HDAC4的酵素被可抑制便，乙酰解构的Hsc70就不可很好的联结利尿剂的复合物。但是只有与Hsc70和Hsp90联结的利尿剂的复合物，才是被完全应答的可以联结利尿剂的稳定状态。因而IIa类HDAC可用药可以可抑制利尿剂和复合物联结，从而预防由它激起的四肢消退。Hsc70是许多客户亚基行使但可能会功能性所需的原子伴侣，因此其他重要途径也可能受HDAC4的调节。除此以外，这篇文章还注意到HDAC3，MEF2相当能和HDAC4并不需要联结。IIa类HDAC可用药也并从未制约MEF2抑制的突变的传达。以前提单单的IIa类HDAC作为系统性亚基的工作特异性其实在神经从前面相当错误。独有单单处: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