Cell Rep │ 史隽课题组揭示3个全新的HDAC4酶活性底物及其在四肢萎缩症中的重要作用

组细胞去异构化酵素（HDAC， histone deacetylase）是胃癌制剂研制领域的热点。在人类所里面长期存在18种各有不同的HDAC，可以大幅度细分为4类：I类HDAC（HDAC1、2、3和8）主要长期存在于体细胞里面，主要机能是给组细胞容烯丙基。II类HDAC大幅度分为：IIa类（HDAC4、5、7和9）和IIb类（HDAC6和10）。IV类HDAC11极少在脑，肾脏和睾丸里面表述。III类HDAC与酵母细胞SIR2相关，使用NAD+而不是常用的酵素促共激活剂Zn2+。与传统观念的I类HDAC各有不同，II类HDAC未必是组细胞容烯丙基酵素。这类HDAC的丝氨酸区的一个关键——酪氨酸（tyrosine）被水解酶（histidine）改用，因而针对组细胞的容烯丙基丝氨酸比I类HDAC低1000多倍。因此，II类HDAC被普遍看来未必是一个有活性的酵素，而是一个结构细胞，通过联结其他细胞起依赖性。一个流行的分析方法论是，II类HDAC可以鉴别特定序列里赖氨酸（lysine）的烯丙基省略，联结上日后可以招聘别的细胞，比如I类HDAC里面的HDAC3。HDAC3可以提供者II类HDAC其会的去烯丙基丝氨酸，并且还可以再次联结NCoR/SMRTRNA共依赖性复合物，从而负面影响基因组RNA。另一个主要分析方法论是，II类HDAC可以联结一些RNA变异（例如myocyte enhancer factor 2， MEF2），从而依赖性这些RNA变异转录的基因组RNA。然而只是因为II类HDAC对组细胞的丝氨酸大幅提高，就看来II类HDAC并未丝氨酸的推断是不严肃的。质谱系统性正因如此细胞细胞的烯丙基省略挖掘出有很多氨基酸都可以被烯丙基化。这些氨基酸未必一定包括体脂质的细胞，还包括细胞质和核糖体里的细胞等。另外，细菌并并未组细胞，但是在细菌里，也挖掘出有很多细胞可以被烯丙基省略。这些证据都隐含了II类HDAC很显然会还是有丝氨酸的，丝氨酸是与组细胞各有不同的其他氨基酸。一个很差的案例就是IIb类HDAC6的丝氨酸之一是细胞质里面的分子可细胞。然而到目前为止，只有仅仅的IIa类HDAC的丝氨酸被挖掘出，基本上还是通过过表述的分析方法证明的，一般而言是短时间的认知周边环境下的确实的丝氨酸。HDAC4同属IIa类HDAC，在豚鼠四肢肌里面，对多种诱发躯干快速增长的性刺激里面间体后，HDAC4的表述幅度显然会上升。在因为衰引起的躯干快速增长症里面，HDAC4在人类所或者豚鼠躯干里面的表述幅度也显然会上升。HDAC4正因如此身敲除 (constitutive whole body knockout) 的豚鼠在出生地日后很快因为四肢生殖异常而死亡。组织性特异的HDAC4基因组敲除的豚鼠的信息显示HDAC4在短时间的认知周边环境下不是必须的，但是在压力或者生病的周边环境下，它显然会有在此之后机能。因此，大幅度了解疾病状态下HDAC4的化学键化学合成显然显然会修筑在此之后治疗同样。2019年10月末15日，诺华药厂公司澳大利亚研制里面心的史隽课题组在Cell Reports刊载篇篇文章HDAC4 Controls Muscle Homeostasis through Deacetylation of Myosin Hey Chain， PGC-1α， and Hsc70的篇文章，通过上新研制的强效的IIa类HDAC特异的大化学键依赖性，联结基因组敲除的手段，挖掘出了三个正因如此在此之后HDAC4酵素丝氨酸：肌球细胞重链 (myosin hey chain isoforms，MyHC)，PGC-1α和热激细胞70 (Hsc70)，同时还系统性了HDAC4催化这些丝氨酸的认知学内涵。直到现在的很多针对IIa类HDAC的研究基本上是通过依赖性基因组表述的分析方法来实现的。但是基因组不表述，致使整个细胞表述下降，未必能区分这类细胞作为酵素或者是经常性细胞的机能。而目前刊载的广谱的HDAC丝氨酸的大化学键依赖性，例如TSA， vorinostat (也叫SAHA)， 其实都情况下依赖性I类HDAC，对IIa类HDAC基本并未活性。一个由Tempero Pharmaceuticals联合开发的叫做叫TMP195的大化学键，算是针对IIa类HDAC较为特异的大化学键依赖性，但是它对IIa类HDAC的EC50约在0.2 μM左右，活性未必更高。为了能够更为好的研究IIa类HDAC的机能，诺华公司研制出一个精致的IIa类HDAC依赖性 ；还有 NVS-HD1，非常强效，EC50 < 1nM。NVS-HD1的同样性也很强，对于I类HDAC的EC50 都超过了1 μM。另外的两个大化学键，NVS-HD2和NVS-HD3是同系列化合物的早期的依赖性。使用这些特异的IIa类HDAC依赖性，联结传统观念的基因组knockdown 或者knockout，史隽课题组找到了三个HDAC4 (也显然是别的IIa类HDAC) 的丝氨酸。HDAC4可以去除MyHC上的烯丙基。MyHC是致使躯干收缩的sarcomere的主要成分。依赖性 HDAC4可以上升脂质MyHC的幅度，并且在细胞和豚鼠里面依赖性由本品（dexamethasone）和神经其会引起的MyHC的氨基酸损失。一个2010年的报道看来四肢肌里面HDAC4的敲除可以依赖性能降解MyHC的E3泛素连接酵素MuRF1的基因组RNA，从而预防由于去神经引起的躯干快速增长。而这短文揭示了一种各有不同的机制 ；还有 从外部转录MyHC细胞。HDAC4过表述显然会致使MyHC的降解，而丝氨酸其会的D840N突变体则不能。即使MuRF1过表述后，IIa类HDAC依赖性也足以阻止MyHC的降解。因而显然的分子结构是，HDAC4被依赖性后，MyHC上的赖氨酸被异构化，所以不能被MuRF1加上泛素，也就不显然会被泛素细胞体系统降解。MyHC是四肢肌里面的关键细胞，保持MyHC的细胞幅度就可以预防躯干快速增长，并且保持躯干收缩机能。相似的分子结构也适用于HDAC4的另一个丝氨酸 ；还有 PGC-1α。在躯干特异性PGC-1α转基因组豚鼠里面，PGC-1α的mRNA上升了> 10倍，而氨基酸极少上升？3倍，部分原因是PGC-1α显然会被很快降解（t1/2？15分钟）。NVS-HD1不极少可以在细胞里面而且可以在啮齿类动物里面上升PGC-1α细胞准确度，却不显着负面影响PGC-1α mRNA准确度。NVS-HD1上升的PGC-1α氨基酸的幅度也是？3倍，和转基因组豚鼠类似。在失神经的豚鼠躯干里面，即使PGC-1α mRNA准确度明显降低，HDAC4敲除或IIa类HDAC依赖性也能阻止PGC-1α细胞的下降。依赖性所有的 IIa类HDAC比单独的HDAC4其会视觉效果更为明显，与脂质观察到的PGC-1α可以和所有的IIa类HDAC（I类HDAC不行）从外部联结的结果相符合，隐含了IIa类HDAC之间可以互补依赖性。PGC-1α是代谢和核糖体激发通路里面的关键RNA共激活变异。过表述PGC-1α的豚鼠表现出改善的核糖体机能，类似于运动所后的发生变化。因此NVS-HD1显然在核糖体疾病或者其他代谢疾病里面发挥关键的依赖性。这短文也挖掘出HDAC4可以和Hsc70从外部联结，并且可以填入Hsc70的第128位赖氨酸的烯丙基省略。当HDAC4的丝氨酸被依赖性日后，异构化的Hsc70就不能很差的联结本品的肽。但是只有与Hsc70和Hsp90联结的本品的肽，才是被完正因如此激活的可以联结本品的状态。因而IIa类HDAC依赖性可以依赖性本品和肽联结，从而预防由它引起的躯干快速增长。Hsc70是许多客户细胞行使短时间机能所前提的化学键伴侣，因此其他关键途径也显然倍受HDAC4的调节。除此以外，这短文还挖掘出HDAC3，MEF2未必能和HDAC4从外部联结。IIa类HDAC依赖性也并并未负面影响MEF2转录的基因组的表述。直到现在指出的IIa类HDAC作为经常性细胞的临时工分子结构似乎在四肢肌里面未必正确。原始典故: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