Cell Rep │ 史隽课题组阐明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

酪氨酸质去乙酰化肽（HDAC， histone deacetylase）是癌症药剂研制出领域的旅游者。在生命体之前长期存在18种不尽相同的HDAC，可以实质性细分为4类：I类HDAC（HDAC1、2、3和8）主要长期存在于细胞核之前，主要机制是给酪氨酸质福乙基。II类HDAC实质性分为：IIa类（HDAC4、5、7和9）和IIb类（HDAC6和10）。IV类HDAC11仅仅在脑，肾和腹腔之前传达。III类HDAC与蛋白酶蛋白质SIR2相关，用到NAD+而不是常用的肽促共激活剂Zn2+。与习惯的I类HDAC不尽相同，II类HDAC并不是酪氨酸质福乙基肽。这类HDAC的肽活性四区的一个不可忽视——酪氨酸（tyrosine）被组氨酸（histidine）摒弃，因而针对酪氨酸质的福乙基肽活性比I类HDAC较高1000多倍。因此，II类HDAC被普遍指出并不是一个有活性的肽，而是一个结构蛋白质，通过混合其他蛋白质起起着。一个风行的观点是，II类HDAC可以定位特定基因序列里组氨酸（lysine）的乙基标记，混合上之后可以招募别的蛋白质，比如I类HDAC之前的HDAC3。HDAC3可以提供II类HDAC缺失的去乙基肽活性，并且还可以再次混合NCoR/SMRTRNA共诱发多肽，从而不良影响DNARNA。另一个主要观点是，II类HDAC可以混合一些RNA因子（例如myocyte enhancer factor 2， MEF2），从而诱发这些RNA因子介导的DNARNA。然而只是因为II类HDAC对酪氨酸质的肽活性很较高，就指出II类HDAC没有人肽活性的推论是不系统化的。数据分析化学数据分析全细胞蛋白质的乙基标记挖掘出有很多酵素都可以被乙基化。这些酵素不仅仅仅仅均有细胞核内的蛋白质，还均有细胞内和真核细胞里的蛋白质等。另外，细菌并没有人酪氨酸质，但是在细菌里，也挖掘出有很多蛋白质可以被乙基标记。这些证据都也许了II类HDAC很有可能还是有肽活性的，底物是与酪氨酸质不尽相同的其他酵素。一个极好的例子就是IIb类HDAC6的底物之一是细胞内之前的微管蛋白质。然而到迄今，只有很少的IIa类HDAC的底物被挖掘出，基本上还是通过过传达的新方法证明的，并不一定是长时间的生理生态系统下的真正的底物。HDAC4属于IIa类HDAC，在活体骨骼肌之前，对多种诱导脊柱萎缩的诱导重排后，HDAC4的传达存量可能会提高。在因为衰引起的脊柱萎缩症之前，HDAC4在生命体或者活体脊柱之前的传达存量也可能会提高。HDAC4全身敲除 (constitutive whole body knockout) 的活体在出生于之后之后因为骨骼发育异常而死亡。组织性特异的HDAC4DNA敲除的活体的数据说明了HDAC4在长时间的生理生态系统下不是不能的，但是在压力或者生病的生态系统下，它可能会有新的机制。因此，实质性了解结核病精神状态下HDAC4的分子靶标但可能会开辟新的治疗选择。2019年10月末15日，诺华制药该公司美国研制出之前心的史隽课题组在Cell Reports发表题为HDAC4 Controls Muscle Homeostasis through Deacetylation of Myosin Hey Chain， PGC-1α， and Hsc70的文章，通过新研制出的抗病毒的IIa类HDAC特异的核酸类似物，混合DNA敲除的伎俩，挖掘出了三个全新的HDAC4肽底物：间质质重链 (myosin hey chain isoforms，MyHC)，PGC-1α和热激蛋白质70 (Hsc70)，同时还数据分析了HDAC4催化这些底物的生理学意义。那时候的很多针对IIa类HDAC的研究工作基本上是通过诱发特异性的新方法来意味着的。但是DNA不传达，导致整个蛋白质传达减小，并不能四区分这类蛋白质作为肽或者是不相关的蛋白质的机制。而目前发表的非典型的HDAC肽活性的核酸类似物，例如TSA， vorinostat (也叫SAHA)， 其实都情况下诱发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的核酸，却是针对IIa类HDAC较为特异的核酸类似物，但是它对IIa类HDAC的EC50大约在0.2 μM大概，活性并不很高。为了能够更好的研究工作IIa类HDAC的机制，诺华该公司研制出出一个新奇的IIa类HDAC类似物 -- NVS-HD1，非常抗病毒，EC50 < 1nM。NVS-HD1的选择性也很强，对于I类HDAC的EC50 都超过了1 μM。另外的两个核酸，NVS-HD2和NVS-HD3是同系列化合物的早期的类似物。用到这些特异的IIa类HDAC类似物，混合习惯的DNAknockdown 或者knockout，史隽课题组找到了三个HDAC4 (也可能是别的IIa类HDAC) 的底物。HDAC4可以去除MyHC上的乙基。MyHC是导致脊柱收缩的sarcomere的主要成分。诱发 HDAC4可以提高细胞内MyHC的存量，并且在细胞和活体之前诱发由利尿剂（dexamethasone）和脊髓缺失引起的MyHC的酵素损失。一个2010年的报道指出骨骼肌之前HDAC4的敲除可以诱发能交联MyHC的E3泛素连接肽MuRF1的DNARNA，从而预防由于去脊髓引起的脊柱萎缩。而这篇文章揭示了一种不尽相同的机制 -- 反之亦然介导MyHC蛋白质。HDAC4过传达可能会导致MyHC的交联，而肽活性缺失的D840N突变体则不能。即使MuRF1过传达后，IIa类HDAC类似物也足以阻止MyHC的交联。因而可能的机理是，HDAC4被诱发后，MyHC上的组氨酸被乙酰化，所以不能被MuRF1加上泛素，也就不可能会被泛素蛋白质体系统交联。MyHC是骨骼肌之前的不可忽视蛋白质，保持MyHC的蛋白质存量就可以预防脊柱萎缩，并且保持脊柱收缩机制。相似的机理也适用于HDAC4的另一个底物 -- PGC-1α。在脊柱特异性PGC-1α遗传工程活体之前，PGC-1α的mRNA提高了> 10倍，而酵素仅仅提高？3倍，部分原因是PGC-1α可能会被之后交联（t1/2？15分钟）。NVS-HD1不仅仅可以在细胞之前而且可以在灵长类动物之前提高PGC-1α蛋白质总体，却不显着不良影响PGC-1α mRNA总体。NVS-HD1提高的PGC-1α酵素的存量也是？3倍，和遗传工程活体类似。在失脊髓的活体脊柱之前，即使PGC-1α mRNA总体明显降较高，HDAC4敲除或IIa类HDAC类似物也能阻止PGC-1α蛋白质的减小。诱发所有的 IIa类HDAC比单独的HDAC4缺失效果更明显，与细胞内观察到的PGC-1α可以和所有的IIa类HDAC（I类HDAC不出）反之亦然混合的结果由此可知，也许了IIa类HDAC间可以互补起着。PGC-1α是细胞内和真核细胞产生途径之前的不可忽视RNA共激活因子。过传达PGC-1α的活体表现出优化的真核细胞机制，类似于运动后的转变。因此NVS-HD1可能在真核细胞结核病或者其他细胞内结核病之前造就不可忽视的起着。这篇文章也挖掘出HDAC4可以和Hsc70反之亦然混合，并且可以去掉Hsc70的第128位组氨酸的乙基标记。当HDAC4的肽活性被诱发之后，乙酰化的Hsc70就不能极好的混合利尿剂的抗原。但是只有与Hsc70和Hsp90混合的利尿剂的抗原，才是被完全激活的可以混合利尿剂的精神状态。因而IIa类HDAC类似物可以诱发利尿剂和抗原混合，从而预防由它引起的脊柱萎缩。Hsc70是许多客户蛋白质行使长时间机制所必需的分子伴侣，因此其他不可忽视途径也可能备受HDAC4的适度。除此以外，这篇文章还挖掘出HDAC3，MEF2并不能和HDAC4反之亦然混合。IIa类HDAC类似物也并没有人不良影响MEF2介导的DNA的传达。那时候提出的IIa类HDAC作为不相关的蛋白质的工作机理其实在骨骼肌之前并不恰当。早期出处: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