Cell Rep │ 史雋課題組闡述3個全新的HDAC4酶活性底物及其在肌肉萎縮癥中的重要作用

組亞基去底物底物（HDAC， histone deacetylase）是胃癌類固醇研制成領域的版塊。在生命里面存有18種完全相同的HDAC，可以必要性細分為4類：I類HDAC（HDAC1、2、3和8）主要存有于細胞核里面，主要功用是給組亞基脫羧酸。II類HDAC必要性分為：IIa類（HDAC4、5、7和9）和IIb類（HDAC6和10）。IV類HDAC11僅在脊髓，腎和睪丸里面傳達。III類HDAC與酵母亞基SIR2相關，使用NAD+而不是常用的底物促共誘導劑Zn2+。與習慣的I類HDAC完全相同，II類HDAC不一定是組亞基脫羧酸底物。這類HDAC的底物活性區的一個關鍵——乙酰（tyrosine）被組氨酸（histidine）引入，因而針對組亞基的脫羧酸底物活性比I類HDAC偏高1000多倍。因此，II類HDAC被普遍認為不一定是一個有活性的底物，而是一個形態亞基，通過為基礎其他亞基起主導作用。一個流行的假說是，II類HDAC可以識別特定序列里半胱氨酸（lysine）的羧酸修飾，為基礎上日后可以招募別的亞基，比如I類HDAC里面的HDAC3。HDAC3可以提供II類HDAC缺陷的去羧酸底物活性，并且還可以繼續為基礎NCoR/SMRT核糖體共抑制作用復合物，從而影響蛋白質核糖體。另一個主要假說是，II類HDAC可以為基礎一些核糖體因子（例如myocyte enhancer factor 2， MEF2），從而抑制作用這些核糖體因子介導的蛋白質核糖體。然而只是因為II類HDAC對組亞基的底物活性大大降偏高，就認為II類HDAC從未底物活性的歸納是不嚴謹的。核磁共振深入研究者全細胞亞基的羧酸修飾發掘成有很多亞基質都可以被羧酸化。這些亞基質眾所周知包括細胞核內的亞基，均有基質和真核細胞里的亞基等。另外，細菌并從未組亞基，但是在細菌里，也發掘成有很多亞基可以被羧酸修飾。這些證據都暗示了II類HDAC很有或許還是有底物活性的，官能團是與組亞基完全相同的其他亞基質。一個很好的例子就是IIb類HDAC6的官能團之一是基質里面的細胞骨架亞基。然而到現有為止，只有非常少的IIa類HDAC的官能團被發掘成，極少還是通過過傳達的作法證明的，不一定一定是出現異常的生物體環境污染下的真正的官能團。HDAC4統稱IIa類HDAC，在豚鼠骨骼肌里面，對多種作用于脊柱萎縮的誘因反應后，HDAC4的傳達存量會增高。在因為而復引起的脊柱萎縮癥里面，HDAC4在生命或者豚鼠脊柱里面的傳達存量也會增高。HDAC4臉部敲除 (constitutive whole body knockout) 的豚鼠在成生日后很快因為骨骼發育異常而死亡者。組織性特異的HDAC4蛋白質敲除的豚鼠的數據標示出HDAC4在出現異常的生物體環境污染下不是必須的，但是在受壓或者生病的環境污染下，它會有從新的功用。因此，必要性了解營養不良狀態下HDAC4的大分子特異性或許會開辟從新的治療選擇。2019年10年末15日，特為制藥日本公司American研制成里面心的史雋課題組在Cell Reports發表篇文章HDAC4 Controls Muscle Homeostasis through Deacetylation of Myosin Hey Chain， PGC-1α， and Hsc70的文中，通過從新研制成的強效的IIa類HDAC特異的細胞器抑制作用劑，為基礎蛋白質敲除的手段，發掘成了三個全從新的HDAC4底物官能團：肌球亞基重鏈 (myosin hey chain isoforms，MyHC)，PGC-1α和熱激亞基70 (Hsc70)，同時還深入研究者了HDAC4催化這些官能團的生物體學意義。直到現在的很多針對IIa類HDAC的研究者極少是通過抑制作用蛋白質傳達的作法來借助的。但是蛋白質不傳達，引致整個亞基傳達減小，不一定能區分這類亞基作為底物或者是形態性亞基的功用。而現有發表的抗病毒的HDAC底物活性的細胞器抑制作用劑，例如TSA， vorinostat (也叫SAHA)， 其實都只能抑制作用I類HDAC，對IIa類HDAC基本從未活性。一個由Tempero Pharmaceuticals開發的叫做叫TMP195的細胞器，算是針對IIa類HDAC較為特異的細胞器抑制作用劑，但是它對IIa類HDAC的EC50大約在0.2 μM約莫，活性不一定頗高。為了很難愈來愈容易的研究者IIa類HDAC的功用，特為日本公司研制成成一個從新穎的IIa類HDAC抑制作用劑 -- NVS-HD1，非常強效，EC50 < 1nM。NVS-HD1的選擇性也很強，對于I類HDAC的EC50 都超過了1 μM。另外的兩個細胞器，NVS-HD2和NVS-HD3是同系列化合物的早期的抑制作用劑。使用這些特異的IIa類HDAC抑制作用劑，為基礎習慣的蛋白質knockdown 或者knockout，史雋課題組找到了三個HDAC4 (也或許是別的IIa類HDAC) 的官能團。HDAC4可以去除MyHC上的羧酸。MyHC是引致脊柱收縮的sarcomere的主要成分。抑制作用 HDAC4可以增高細胞內MyHC的存量，并且在細胞和豚鼠里面抑制作用由利尿劑（dexamethasone）和神經缺陷引起的MyHC的亞基質損失。一個2010年的報道認為骨骼肌里面HDAC4的敲除可以抑制作用能降解MyHC的E3泛素連接底物MuRF1的蛋白質核糖體，從而衛生保健由于去神經引起的脊柱萎縮。而這篇文中揭示了一種完全相同的機制 -- 并不需要介導MyHC亞基。HDAC4過傳達會引致MyHC的降解，而底物活性缺陷的D840N突變體則沒法。即使MuRF1過傳達后，IIa類HDAC抑制作用劑也足以阻止MyHC的降解。因而或許的物理性質是，HDAC4被抑制作用后，MyHC上的半胱氨酸被底物，所以沒法被MuRF1加上泛素，也就不會被泛素亞基體系統降解。MyHC是骨骼肌里面的關鍵亞基，保持MyHC的亞基存量就可以衛生保健脊柱萎縮，并且保持脊柱收縮功用。相似的物理性質也適用于HDAC4的另一個官能團 -- PGC-1α。在脊柱特異性PGC-1α蛋白質工程豚鼠里面，PGC-1α的mRNA增高了> 10倍，而亞基質僅增高？3倍，部分原因是PGC-1α會被很快降解（t1/2？15分鐘）。NVS-HD1不僅可以在細胞里面而且可以在大鼠里面增高PGC-1α亞基總體，卻不顯著影響PGC-1α mRNA總體。NVS-HD1增高的PGC-1α亞基質的存量也是？3倍，和蛋白質工程豚鼠類似。在失神經的豚鼠脊柱里面，即使PGC-1α mRNA總體輕微降偏高，HDAC4敲除或IIa類HDAC抑制作用劑也能阻止PGC-1α亞基的減小。抑制作用所有的 IIa類HDAC比原則上的HDAC4缺陷優點愈來愈輕微，與細胞內判讀到的PGC-1α可以和所有的IIa類HDAC（I類HDAC沒用）并不需要為基礎的結果可知，暗示了IIa類HDAC之間可以互補主導作用。PGC-1α是從新陳代謝和真核細胞產生自營里面的關鍵核糖體共誘導因子。過傳達PGC-1α的豚鼠平庸成改善的真核細胞功用，類似于社會活動后的變化。因此NVS-HD1或許在真核細胞營養不良或者其他從新陳代謝營養不良里面把握關鍵的主導作用。這篇文中也發掘成HDAC4可以和Hsc70并不需要為基礎，并且可以去掉Hsc70的第128位半胱氨酸的羧酸修飾。當HDAC4的底物活性被抑制作用日后，底物的Hsc70就沒法很好的為基礎利尿劑的蛋白。但是只有與Hsc70和Hsp90為基礎的利尿劑的蛋白，才是被完全誘導的可以為基礎利尿劑的狀態。因而IIa類HDAC抑制作用劑可以抑制作用利尿劑和蛋白為基礎，從而衛生保健由它引起的脊柱萎縮。Hsc70是許多客戶亞基履行出現異常功用所必需的大分子伴侶，因此其他關鍵途徑也或許受HDAC4的調節。除此以外，這篇文中還發掘成HDAC3，MEF2不一定能和HDAC4并不需要為基礎。IIa類HDAC抑制作用劑也并從未影響MEF2介導的蛋白質的傳達。直到現在提成的IIa類HDAC作為形態性亞基的臨時工物理性質似乎在骨骼肌里面不一定正確。獨有記事: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