Cell Rep │ 史隽课题组揭示3个全新的HDAC4酶活性底物及其在神经萎缩症中的重要作用

组细胞膜内去底物酵素（HDAC， histone deacetylase）是癌症药物开发层面的热点。在人类文明中都存在18种不同的HDAC，可以必要性分成为4类：I类HDAC（HDAC1、2、3和8）主要存在于真核细胞膜中都，主要功能性是给组细胞膜内干羧酸。II类HDAC必要性分为：IIa类（HDAC4、5、7和9）和IIb类（HDAC6和10）。IV类HDAC11仅在脑，肾和睾丸中都解读。III类HDAC与酿酒酵母细胞膜内SIR2方面，用于NAD+而不是常用的酵素促共五激活剂Zn2+。与传统习俗的I类HDAC不同，II类HDAC并不是组细胞膜内干羧酸酵素。这类HDAC的酵素活性区的一个最重要——赖氨酸（tyrosine）被甘氨酸（histidine）变为，因而针对组细胞膜内的干羧酸酵素活性比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酵素，而是一个形态细胞膜内，通过转化其他细胞膜内起依赖性。一个流行的理论模型是，II类HDAC可以识别特定碱基底下赖氨酸（lysine）的羧酸结构上，转化上之后可以招募别的细胞膜内，比如I类HDAC中都的HDAC3。HDAC3可以备有II类HDAC其才会的去羧酸酵素活性，并且还可以此后转化NCoR/SMRTmRNA共五依赖性蛋白，从而受到影响遗传mRNA。另一个主要理论模型是，II类HDAC可以转化一些mRNA变异（例如myocyte enhancer factor 2， MEF2），从而依赖性这些mRNA变异管控的遗传mRNA。然而只是因为II类HDAC对组细胞膜内的酵素活性太低，就认为II类HDAC未酵素活性的推论是不有条理的。质谱仪分析全细胞膜细胞膜内的羧酸结构上断定有很多细胞膜内质都可以被羧酸化。这些细胞膜内质不仅仅仅限于真核细胞膜内的细胞膜内，还仅限于细胞膜质和核糖体底下的细胞膜内等。另外，细菌并未组细胞膜内，但是在细菌底下，也断定有很多细胞膜内可以被羧酸结构上。这些证据都或许了II类HDAC很有可能还是有酵素活性的，官能团是与组细胞膜内不同的其他细胞膜内质。一个极好的举例来说就是IIb类HDAC6的官能团之一是细胞膜质中都的肌动蛋白细胞膜内。然而到目前为止，只有并不多的IIa类HDAC的官能团被断定，大部分还是通过过解读的原理证明的，并不一定是长时间的内分泌环境污染下的真正的官能团。HDAC4属于IIa类HDAC，在豚鼠骨骼肌中都，对多种诱导下肢流失的刺激底物后，HDAC4的解读比率才会减低。在因为衰招致的下肢流失症中都，HDAC4在人类文明或者豚鼠下肢中都的解读比率也才会减低。HDAC4全身敲除 (constitutive whole body knockout) 的豚鼠在显露生之后不久因为骨骼胚胎发育间歇性而幸存者。组织性特异的HDAC4遗传敲除的豚鼠的数据显示HDAC4在长时间的内分泌环境污染下不是必须的，但是在压力或者生病的环境污染下，它才会有重新功能性。因此，必要性认识性疾病平衡状态下HDAC4的底物靶标可能才会开辟重新疗程选择。2019年10月15日，诺华制药Corporation宾夕法尼亚州开发中都心的史隽课题组在Cell Reports发表题为HDAC4 Controls Muscle Homeostasis through Deacetylation of Myosin Hey Chain， PGC-1α， and Hsc70的文章，通过新开发的抗病毒的IIa类HDAC特异的单糖酶依赖性剂，转化遗传敲除的方法，断定了三个全重新HDAC4酵素官能团：肌球细胞膜内重链 (myosin hey chain isoforms，MyHC)，PGC-1α和热激细胞膜内70 (Hsc70)，同时还分析了HDAC4催化剂这些官能团的内分泌学意义。以前的很多针对IIa类HDAC的研究课题大部分是通过依赖性遗传解读的原理来借助的。但是遗传不解读，导致整个细胞膜内解读减少，并很难区分这类细胞膜内作为酵素或者是系统性细胞膜内的功能性。而目前发表的非典型的HDAC酵素活性的单糖酶依赖性剂，例如TSA， vorinostat (也叫SAHA)， 其实都只能依赖性I类HDAC，对IIa类HDAC原则上未活性。一个由Tempero Pharmaceuticals开发的叫做叫TMP195的单糖，即使如此针对IIa类HDAC相比较特异的单糖酶依赖性剂，但是它对IIa类HDAC的EC50约在0.2 μM左右，活性并不太低。为了并能更为好的研究课题IIa类HDAC的功能性，诺华Corporation开发显露一个新奇的IIa类HDAC酶依赖性剂 --- NVS-HD1，并不抗病毒，EC50 < 1nM。NVS-HD1的选择性也很强，对于I类HDAC的EC50 都超过了1 μM。另外的两个单糖，NVS-HD2和NVS-HD3是同系列化合物的早期的酶依赖性剂。用于这些特异的IIa类HDAC酶依赖性剂，转化传统习俗的遗传knockdown 或者knockout，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上的羧酸。MyHC是导致下肢收缩的sarcomere的主要成分。依赖性 HDAC4可以减低细胞膜内MyHC的比率，并且在细胞膜和豚鼠中都依赖性由类固醇（dexamethasone）和神经元其才会招致的MyHC的细胞膜内质损一无。一个2010年的报道认为骨骼肌中都HDAC4的敲除可以依赖性能降解MyHC的E3泛素连接酵素MuRF1的遗传mRNA，从而持续性由于去神经元招致的下肢流失。而这文中揭示了一种不同的机制 --- 单独管控MyHC细胞膜内。HDAC4过解读才会导致MyHC的降解，而酵素活性其才会的D840N突变体则很难。即使MuRF1过解读后，IIa类HDAC酶依赖性剂也足以阻止MyHC的降解。因而可能的内源性是，HDAC4被依赖性后，MyHC上的赖氨酸被底物，所以很难被MuRF1加上泛素，也就不才会被泛素细胞膜内体系统降解。MyHC是骨骼肌中都的最重要细胞膜内，保持MyHC的细胞膜内比率就可以持续性下肢流失，并且保持下肢收缩功能性。相似的内源性也适用于HDAC4的另一个官能团 --- PGC-1α。在下肢特异性PGC-1α转遗传豚鼠中都，PGC-1α的mRNA减低了> 10倍，而细胞膜内质仅减低？3倍，部分原因是PGC-1α才会被不久降解（t1/2？15分钟）。NVS-HD1不仅可以在细胞膜中都而且可以在大鼠中都减低PGC-1α细胞膜内高水平，却于其着受到影响PGC-1α mRNA高水平。NVS-HD1减低的PGC-1α细胞膜内质的比率也是？3倍，和转遗传豚鼠类似。在一无神经元的豚鼠下肢中都，即使PGC-1α mRNA高水平增高，HDAC4敲除或IIa类HDAC酶依赖性剂也能阻止PGC-1α细胞膜内的减少。依赖性所有的 IIa类HDAC比单独的HDAC4其才会真实感更为明显，与细胞膜内观察到的PGC-1α可以和所有的IIa类HDAC（I类HDAC不行）单独转化的结果可知，或许了IIa类HDAC之间可以互补依赖性。PGC-1α是代谢和核糖体造成了通路中都的最重要mRNA共五激活变异。过解读PGC-1α的豚鼠表现显露改善的核糖体功能性，类似于运动后的变化。因此NVS-HD1可能在核糖体性疾病或者其他代谢性疾病中都发挥最重要的依赖性。这文中也断定HDAC4可以和Hsc70单独转化，并且可以去掉Hsc70的第128位赖氨酸的羧酸结构上。当HDAC4的酵素活性被依赖性之后，底物的Hsc70就很难极好的转化类固醇的激素。但是只有与Hsc70和Hsp90转化的类固醇的激素，才是被完全激活的可以转化类固醇的平衡状态。因而IIa类HDAC酶依赖性剂可以依赖性类固醇和激素转化，从而持续性由它招致的下肢流失。Hsc70是许多供应商细胞膜内行使长时间功能性所必需的底物伴侣，因此其他最重要途径也可能受HDAC4的适度。值得注意，这文中还断定HDAC3，MEF2并很难和HDAC4单独转化。IIa类HDAC酶依赖性剂也并未受到影响MEF2管控的遗传的解读。以前提显露的IIa类HDAC作为系统性细胞膜内的工作内源性却是在骨骼肌中都并不正确。原始显露处: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