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

丝氨酸去异构化底物（HDAC， histone deacetylase）是癌症口服合作研发领域的区域性。在生命当中共存18种并不相同的HDAC，可以进一步细分成4类：I类HDAC（HDAC1、2、3和8）主要共存于巨噬细胞核当中，主要大体上功能是给丝氨酸容烯丙基。II类HDAC进一步分成：IIa类（HDAC4、5、7和9）和IIb类（HDAC6和10）。IV类HDAC11极少在脑，肾和生殖器当中表述。III类HDAC与酵母菌抗原SIR2相关，应用于NAD+而不是常用的底物促共五作用于剂Zn2+。与传统的I类HDAC并不相同，II类HDAC未必是丝氨酸容烯丙基底物。这类HDAC的双链区的一个不可或缺——丝氨酸（tyrosine）被水解酶（histidine）过渡到，因而针对丝氨酸的容烯丙基双链比I类HDAC低1000多倍。因此，II类HDAC被普遍认为未必是一个有活性的底物，而是一个结构抗原，通过建构其他抗原起作用。一个流行的原理是，II类HDAC可以识别特定序列中都丝氨酸（lysine）的烯丙基润色，建构上自此可以募兵别的抗原，比如I类HDAC当中的HDAC3。HDAC3可以发放II类HDAC遗漏的去烯丙基双链，并且还可以继续建构NCoR/SMRT转录共五依赖性复合物，从而因素等位基因转录。另一个主要原理是，II类HDAC可以建构一些转录生物体（例如myocyte enhancer factor 2， MEF2），从而依赖性这些转录生物体诱导的等位基因转录。然而只是因为II类HDAC对丝氨酸的双链很低，就认为II类HDAC没有双链的确实是不严谨的。小分子分析以外巨噬细胞抗原的烯丙基润色推断出有很多核酸都可以被烯丙基化。这些核酸不极少极少包含巨噬细胞核内的抗原，还包含真核巨噬细胞和细胞核中都的抗原等。另外，大肠杆菌并没有丝氨酸，但是在大肠杆菌中都，也推断出有很多抗原可以被烯丙基润色。这些证据都暗示了II类HDAC很有也许还是有双链的，羧酸是与丝氨酸并不相同的其他核酸。一个良好的例子就是IIb类HDAC6的羧酸之一是真核巨噬细胞当中的复合物抗原。然而到迄今为止，只有很少的IIa类HDAC的羧酸被推断出，多数还是通过过表述的方法显然的，未必一定是正常人的生物体环境下的真正的羧酸。HDAC4属于IIa类HDAC，在活体股骨肌当中，对多种依赖性脊柱萎缩的激发自由基后，HDAC4的表述量亦会减小。在因为衰引发的脊柱萎缩症当中，HDAC4在生命或者活体脊柱当中的表述量也亦会减小。HDAC4以外身敲除 (constitutive whole body knockout) 的活体在祖父母自此之后因为股骨生长发育异常而死亡。组织性特异的HDAC4等位基因敲除的活体的样本结果显示HDAC4在正常人的生物体环境下不是必须的，但是在压力或者生病的环境下，它亦会有取而代之大体上功能。因此，进一步探究疟疾状态下HDAC4的分子结构靶标也许亦会开辟取而代之治疗选取。2019年10月15日，诺华药厂新公司美国合作研发当中心的史沛课题组在Cell Reports刊出题为HDAC4 Controls Muscle Homeostasis through Deacetylation of Myosin Hey Chain， PGC-1α， and Hsc70的书评，通过新合作研发的众所周知的IIa类HDAC特异的大分子结构类似物，建构等位基因敲除的策略，推断出了三个以外取而代之HDAC4底物羧酸：肌球抗原重链 (myosin hey chain isoforms，MyHC)，PGC-1α和热激抗原70 (Hsc70)，同时还分析了HDAC4催化自由基这些羧酸的微生物学本质。以前的很多针对IIa类HDAC的深入研究多数是通过依赖性等位基因表述的方法来实现的。但是等位基因不表述，导致整个抗原表述减小，未必能区分这类抗原作为底物或者是结构性抗原的大体上功能。而目前刊出的磺胺类的HDAC双链的大分子结构类似物，例如TSA， vorinostat (也叫SAHA)， 实际上都只能依赖性I类HDAC，对IIa类HDAC大体上没有活性。一个由Tempero Pharmaceuticals研发的叫做叫TMP195的大分子结构，算得针对IIa类HDAC比较特异的大分子结构类似物，但是它对IIa类HDAC的EC50大概在0.2 μM大约，活性未必更高。为了必需来得好的深入研究IIa类HDAC的大体上功能，诺华新公司合作研发出一个新颖的IIa类HDAC类似物 便是 NVS-HD1，未必众所周知，EC50 < 1nM。NVS-HD1的选取性也很强，对于I类HDAC的EC50 都超过了1 μM。另外的两个大分子结构，NVS-HD2和NVS-HD3是同系列化合物的早期的类似物。应用于这些特异的IIa类HDAC类似物，建构传统的等位基因knockdown 或者knockout，史沛课题组找到了三个HDAC4 (也也许是别的IIa类HDAC) 的羧酸。HDAC4可以去除MyHC上的烯丙基。MyHC是导致脊柱收缩的sarcomere的主要成分。依赖性 HDAC4可以减小巨噬线粒体MyHC的量，并且在巨噬细胞和活体当中依赖性由高血压（dexamethasone）和神经遗漏引发的MyHC的核酸损未出。一个2010年的报道认为股骨肌当中HDAC4的敲除可以依赖性能生物合成MyHC的E3泛素连接底物MuRF1的等位基因转录，从而持续性由于去神经引发的脊柱萎缩。而这篇书评揭示了一种并不相同的机制 便是 直接诱导MyHC抗原。HDAC4过表述亦会导致MyHC的生物合成，而双链遗漏的D840N突变体则不能。即使MuRF1过表述后，IIa类HDAC类似物也足以迫使MyHC的生物合成。因而也许的机理是，HDAC4被依赖性后，MyHC上的丝氨酸被异构化，所以不能被MuRF1加上泛素，也就不亦会被泛素抗原体系统生物合成。MyHC是股骨肌当中的不可或缺抗原，保持MyHC的抗原量就可以持续性脊柱萎缩，并且保持脊柱收缩大体上功能。相似的机理也适用于HDAC4的另一个羧酸 便是 PGC-1α。在脊柱特异性PGC-1α转等位基因活体当中，PGC-1α的mRNA减小了> 10倍，而核酸极少减小？3倍，部分原因是PGC-1α亦会被之后生物合成（t1/2？15分钟）。NVS-HD1不极少可以在巨噬细胞当中而且可以在大鼠当中减小PGC-1α抗原水平，却则否着因素PGC-1α mRNA水平。NVS-HD1减小的PGC-1α核酸的量也是？3倍，和转等位基因活体类似。在未出神经的活体脊柱当中，即使PGC-1α mRNA水平显著降低，HDAC4敲除或IIa类HDAC类似物也能迫使PGC-1α抗原的减小。依赖性所有的 IIa类HDAC比分开的HDAC4遗漏效用来得显著，与巨噬线粒体仔细观察到的PGC-1α可以和所有的IIa类HDAC（I类HDAC不行）直接建构的结果相符合，暗示了IIa类HDAC错综复杂可以互补作用。PGC-1α是生物合成和细胞核产生通路当中的不可或缺转录共五作用于生物体。过表述PGC-1α的活体表现出提升的细胞核大体上功能，类似于文学运动后的变化。因此NVS-HD1也许在细胞核疟疾或者其他生物合成疟疾当中发挥不可或缺的作用。这篇书评也推断出HDAC4可以和Hsc70直接建构，并且可以去掉Hsc70的第128位丝氨酸的烯丙基润色。当HDAC4的双链被依赖性自此，异构化的Hsc70就不能良好的建构高血压的细胞生物体。但是只有与Hsc70和Hsp90建构的高血压的细胞生物体，才是被完以外作用于的可以建构高血压的状态。因而IIa类HDAC类似物可以依赖性高血压和细胞生物体建构，从而持续性由它引发的脊柱萎缩。Hsc70是许多供应商抗原行使正常人大体上功能所必需的分子结构伴侣，因此其他不可或缺途径也也许颇受HDAC4的调节。除此以外，这篇书评还推断出HDAC3，MEF2未必能和HDAC4直接建构。IIa类HDAC类似物也并没有因素MEF2诱导的等位基因的表述。以前提出的IIa类HDAC作为结构性抗原的工作机理似乎在股骨肌当中未必正确。原始说是: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