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

遗传物质质去烷基化酵素（HDAC， histone deacetylase）是癌症药物技术整合科技领域的热点。在人类之中实际上18种各不相同的HDAC，可以同类型面细统称4类：I类HDAC（HDAC1、2、3和8）主要实际上于细胞内核之中，主要机制是给遗传物质质扯羧酸。II类HDAC同类型面统称：IIa类（HDAC4、5、7和9）和IIb类（HDAC6和10）。IV类HDAC11至少在脊髓，胃和卵巢之中表示。III类HDAC与酵母氨基酸SIR2无关，应用于NAD+而不是常以的酵素促共五激活剂Zn2+。与传统的I类HDAC各不相同，II类HDAC并不是遗传物质质扯羧酸酵素。这类HDAC的酵素活性区的一个重要——组氨酸（tyrosine）被组氨酸（histidine）取代，因而针对遗传物质质的扯羧酸酵素活性比I类HDAC低1000多倍。因此，II类HDAC被并不显然并不是一个有活性的酵素，而是一个内部结构氨基酸，通过相结合其他氨基酸起主导作用。一个风靡的分析方法是，II类HDAC可以识别特定序列里赖氨酸（lysine）的羧酸标记，相结合上之后可以雇用别的氨基酸，比如I类HDAC之中的HDAC3。HDAC3可以包括II类HDAC紊乱的去羧酸酵素活性，并且还可以在此之后相结合NCoR/SMRT激活共五抑制复合体，从而不良影响DNA激活。另一个主要分析方法是，II类HDAC可以相结合一些激活表征（例如myocyte enhancer factor 2， MEF2），从而抑制这些激活表征调控的DNA激活。然而只是因为II类HDAC对遗传物质质的酵素活性很低，就显然II类HDAC很难酵素活性的推论是不注重的。质谱归纳同类型细胞内氨基酸的羧酸标记推测有很多氨基酸质都可以被羧酸化。这些氨基酸质不至少至少包括细胞内核内的氨基酸，还包括细胞内核和肝细胞内里的氨基酸等。另外，细菌并很难遗传物质质，但是在细菌里，也推测有很多氨基酸可以被羧酸标记。这些证据都暗示了II类HDAC很确实还是有酵素活性的，位点是与遗传物质质各不相同的其他氨基酸质。一个良好的例子就是IIb类HDAC6的位点之一是细胞内核之中的微管氨基酸。然而到目前，只有非常少的IIa类HDAC的位点被推测，大大多还是通过过表示的工具证明的，并不一定是短时间的环境因素生存环境下的真正的位点。HDAC4属于IIa类HDAC，在激素骨骼肌之中，对多种正向身体走下坡的激发加成后，HDAC4的表示量会减低。在因为衰引起的身体走下坡症之中，HDAC4在人类或者激素身体之中的表示量也会减低。HDAC4同类型身敲除 (constitutive whole body knockout) 的激素在借助于生之后很快因为骨骼胚胎发育间歇性而死亡。组织起来特异的HDAC4DNA敲除的激素的信息显示HDAC4在短时间的环境因素生存环境下不是必须的，但是在压力或者生病的生存环境下，它会有取而代之的机制。因此，同类型面知晓癌症状态下HDAC4的大分子靶标可能会开辟取而代之的疗程选择。2019年10月15日，诺华三洋公司旧金山技术整合之中心的史隽课题组在Cell Reports撰写题为HDAC4 Controls Muscle Homeostasis through Deacetylation of Myosin Hey Chain， PGC-1α， and Hsc70的撰文，通过取而代之技术整合的值得注意的IIa类HDAC特异的小大分子衍生物，相结合DNA敲除的意图，推测了三个同类型取而代之的HDAC4酵素位点：肌球氨基酸重链 (myosin hey chain isoforms，MyHC)，PGC-1α和热激氨基酸70 (Hsc70)，同时还归纳了HDAC4催化加成这些位点的病理学意义。基本上的很多针对IIa类HDAC的科学研究大大多是通过抑制DNA表示的工具来实现的。但是DNA不表示，导致整个氨基酸表示减少，并不用分辨这类氨基酸作为酵素或者是内部结构性氨基酸的机制。而目前撰写的广谱的HDAC酵素活性的小大分子衍生物，例如TSA， vorinostat (也叫SAHA)， 其实都根本无法抑制I类HDAC，对IIa类HDAC基本很难活性。一个由Tempero Pharmaceuticals整合的叫做叫TMP195的小大分子，算是针对IIa类HDAC相当特异的小大分子衍生物，但是它对IIa类HDAC的EC50据估计在0.2 μM近，活性并不很高。为了能够更好的科学研究IIa类HDAC的机制，诺华公司技术整合借助于一个独创的IIa类HDAC衍生物 ；还有 NVS-HD1，更为值得注意，EC50 < 1nM。NVS-HD1的选择性也很强，对于I类HDAC的EC50 都超过了1 μM。另外的两个小大分子，NVS-HD2和NVS-HD3是同系列化合物的早期的衍生物。应用于这些特异的IIa类HDAC衍生物，相结合传统的DNAknockdown 或者knockout，史隽课题组找到了三个HDAC4 (也可能是别的IIa类HDAC) 的位点。HDAC4可以去除MyHC上的羧酸。MyHC是导致身体收缩的sarcomere的主要成分。抑制 HDAC4可以减低细胞内内MyHC的量，并且在细胞内和激素之中抑制由抗生素（dexamethasone）和神经紊乱引起的MyHC的氨基酸质损失。一个2010年的报道显然骨骼肌之中HDAC4的敲除可以抑制能交联MyHC的E3泛素连接酵素MuRF1的DNA激活，从而预防性由于去神经引起的身体走下坡。而这篇撰文揭示了一种各不相同的机制 ；还有 直接调控MyHC氨基酸。HDAC4过表示会导致MyHC的交联，而酵素活性紊乱的D840N突变体则不用。即使MuRF1过表示后，IIa类HDAC衍生物也足以正当MyHC的交联。因而可能的机理是，HDAC4被抑制后，MyHC上的赖氨酸被烷基化，所以不用被MuRF1加上泛素，也就不会被泛素氨基酸体系统交联。MyHC是骨骼肌之中的重要氨基酸，保持MyHC的氨基酸量就可以预防性身体走下坡，并且保持身体收缩机制。相似的机理也适用于HDAC4的另一个位点 ；还有 PGC-1α。在身体特异性PGC-1α大豆激素之中，PGC-1α的mRNA减低了> 10倍，而氨基酸质至少减低？3倍，大多原因是PGC-1α会被很快交联（t1/2？15分钟）。NVS-HD1不至少可以在细胞内之中而且可以在家兔之中减低PGC-1α氨基酸水平，却澹着不良影响PGC-1α mRNA水平。NVS-HD1减低的PGC-1α氨基酸质的量也是？3倍，和大豆激素十分相似。在失神经的激素身体之中，即使PGC-1α mRNA水平明显降低，HDAC4敲除或IIa类HDAC衍生物也能正当PGC-1α氨基酸的减少。抑制所有的 IIa类HDAC比单独的HDAC4紊乱效果更明显，与细胞内内观察到的PGC-1α可以和所有的IIa类HDAC（I类HDAC不行）直接相结合的结果相符合，暗示了IIa类HDAC之间可以互补主导作用。PGC-1α是激素和肝细胞内导致移动式之中的重要激活共五激活表征。过表示PGC-1α的激素展现借助于提升的肝细胞内机制，十分相似运动后的转变。因此NVS-HD1可能在肝细胞内癌症或者其他激素癌症之中充分发挥重要的主导作用。这篇撰文也推测HDAC4可以和Hsc70直接相结合，并且可以省略Hsc70的第128位赖氨酸的羧酸标记。当HDAC4的酵素活性被抑制之后，烷基化的Hsc70就不用良好的相结合抗生素的激素。但是只有与Hsc70和Hsp90相结合的抗生素的激素，才是被完同类型激活的可以相结合抗生素的状态。因而IIa类HDAC衍生物可以抑制抗生素和激素相结合，从而预防性由它引起的身体走下坡。Hsc70是许多客户氨基酸无权短时间机制所必需的大分子性伴侣，因此其他重要途径也可能深受HDAC4的可调。在在，这篇撰文还推测HDAC3，MEF2并不用和HDAC4直接相结合。IIa类HDAC衍生物也并很难不良影响MEF2调控的DNA的表示。基本上提借助于的IIa类HDAC作为内部结构性氨基酸的工作机理似乎在骨骼肌之中并不确实。原始借助于处: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