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

组肽去脯氨酸蛋白酶（HDAC， histone deacetylase）是肝癌药物研制课题的热点。在进化中的存在18种不同的HDAC，可以大幅度区分为4类：I类HDAC（HDAC1、2、3和8）主要存在于核糖体中的，主要原先功能是给组肽透亚胺。II类HDAC大幅度分为：IIa类（HDAC4、5、7和9）和IIb类（HDAC6和10）。IV类HDAC11仅有在神经，肾脏和乳头中的表达。III类HDAC与酵母肽SIR2特别，适用NAD+而不是常用的蛋白酶促共激活剂Zn2+。与前提上的I类HDAC不同，II类HDAC并不是组肽透亚胺蛋白酶。这类HDAC的蛋白丝氨酸区的一个不可忽视——色氨酸（tyrosine）被谷氨酸（histidine）转用，因而针对组肽的透亚胺蛋白丝氨酸比I类HDAC低1000多倍。因此，II类HDAC被普遍认为并不是一个有活性的蛋白酶，而是一个本体肽，通过紧密结合其他肽起抑制作用。一个大行其道的理论是，II类HDAC可以标记特定核苷酸那时候赖氨酸（lysine）的亚胺粘贴，紧密结合上在此之后可以募兵别的肽，比如I类HDAC中的的HDAC3。HDAC3可以缺少II类HDAC纠正的去亚胺蛋白丝氨酸，并且还可以继续紧密结合NCoR/SMRTRNA共可选择性复合物，从而负面影响遗传物质RNA。另一个主要理论是，II类HDAC可以紧密结合一些RNA因子（例如myocyte enhancer factor 2， MEF2），从而可选择性这些RNA因子调节的遗传物质RNA。然而只是因为II类HDAC对组肽的蛋白丝氨酸很低，就认为II类HDAC并未蛋白丝氨酸的推论是不严谨的。质谱分析方法全细胞肽的亚胺粘贴注意到有很多肽质都可以被亚胺化。这些肽质不仅有仅有包括核糖体内的肽，均有细胞质和细胞质那时候的肽等。另外，菌株并并未组肽，但是在菌株那时候，也注意到有很多肽可以被亚胺粘贴。这些证据都暗指了II类HDAC很有不太可能还是有蛋白丝氨酸的，催化是与组肽不同的其他肽质。一个极佳的例子就是IIb类HDAC6的催化之一是细胞质中的的微管肽。然而到目前为止，只有并不少的IIa类HDAC的催化被注意到，均还是通过过表达的方法验证的，比如说是正常人的病理自然环境下的真正的催化。HDAC4统称IIa类HDAC，在果蝇软骨肌中的，对多种诱导四肢停滞的刺激加成后，HDAC4的表达生产量会减小。在因为衰引发的四肢停滞症中的，HDAC4在进化或者果蝇四肢中的的表达生产量也会减小。HDAC4全身敲除 (constitutive whole body knockout) 的果蝇在出生在此之后很快因为软骨退化异常而幸存者。仅管特异的HDAC4遗传物质敲除的果蝇的数据揭示HDAC4在正常人的病理自然环境下不是不能的，但是在压力或者生病的自然环境下，它会有原先的原先功能。因此，大幅度了解病因静止状态下HDAC4的分子结构贝克曼不太可能会开辟原先的治疗法可选择。2019年10月15日，诺华制药公司美国研制中的心的两书衷课题组在Cell Reports公研制表并作HDAC4 Controls Muscle Homeostasis through Deacetylation of Myosin Hey Chain， PGC-1α， and Hsc70的篇名，通过原先研制的值得注意的IIa类HDAC特异的组分结构抗病毒，紧密结合遗传物质敲除的方式，注意到了三个全原先的HDAC4蛋白酶催化：肌球肽重链 (myosin hey chain isoforms，MyHC)，PGC-1α和热激肽70 (Hsc70)，同时还分析方法了HDAC4催化这些催化的生物学意义。现在的很多针对IIa类HDAC的研究课题均是通过可选择性遗传物质表达的方法来实现的。但是遗传物质不表达，造成整个肽表达减少，并不能界定这类肽作为蛋白酶或者是本体性肽的原先功能。而目前公研制表的消毒剂的HDAC蛋白丝氨酸的组分结构抗病毒，例如TSA， vorinostat (也叫SAHA)， 其实都不用可选择性I类HDAC，对IIa类HDAC前提并未活性。一个由Tempero Pharmaceuticals研制的叫做叫TMP195的组分结构，算是针对IIa类HDAC并不特异的组分结构抗病毒，但是它对IIa类HDAC的EC50大约在0.2 μM左右，活性并不很高。为了并能格外好的研究课题IIa类HDAC的原先功能，诺华公司研制出一个原先颖的IIa类HDAC抗病毒 -- NVS-HD1，并不值得注意，EC50 < 1nM。NVS-HD1的可选择性也很强，对于I类HDAC的EC50 都超过了1 μM。另外的两个组分结构，NVS-HD2和NVS-HD3是同系列化合物的早期的抗病毒。适用这些特异的IIa类HDAC抗病毒，紧密结合前提上的遗传物质knockdown 或者knockout，两书衷课题组找到了三个HDAC4 (也不太可能是别的IIa类HDAC) 的催化。HDAC4可以去除MyHC上的亚胺。MyHC是造成四肢收缩的sarcomere的主要成分。可选择性 HDAC4可以减小脂质MyHC的生产量，并且在细胞和果蝇中的可选择性由本品（dexamethasone）和神经纠正引发的MyHC的肽质损一无。一个2010年的报道认为软骨肌中的HDAC4的敲除可以可选择性能降解MyHC的E3泛素连接蛋白酶MuRF1的遗传物质RNA，从而卫生保健由于去神经引发的四肢停滞。而这篇篇名揭示了一种不同的机制 -- 如此一来调节MyHC肽。HDAC4过表达会造成MyHC的降解，而蛋白丝氨酸纠正的D840N突变体则不能。即使MuRF1过表达后，IIa类HDAC抗病毒也足以阻止MyHC的降解。因而不太可能的中间体是，HDAC4被可选择性后，MyHC上的赖氨酸被脯氨酸，所以不能被MuRF1加上泛素，也就不会被泛素肽体系统降解。MyHC是软骨肌中的的不可忽视肽，保持MyHC的肽生产量就可以卫生保健四肢停滞，并且保持四肢收缩原先功能。相似的中间体也适用于HDAC4的另一个催化 -- PGC-1α。在四肢特异性PGC-1α遗传物质工程果蝇中的，PGC-1α的mRNA减小了> 10倍，而肽质仅有减小？3倍，均状况是PGC-1α会被很快降解（t1/2？15分钟）。NVS-HD1不仅有可以在细胞中的而且可以在灵长类动物中的减小PGC-1α肽总体，却有旧着负面影响PGC-1α mRNA总体。NVS-HD1减小的PGC-1α肽质的生产量也是？3倍，和遗传物质工程果蝇类似。在一无神经的果蝇四肢中的，即使PGC-1α mRNA总体颇高，HDAC4敲除或IIa类HDAC抗病毒也能阻止PGC-1α肽的减少。可选择性所有的 IIa类HDAC比原则上的HDAC4纠正效用格外明显，与脂质观察到的PGC-1α可以和所有的IIa类HDAC（I类HDAC不来）如此一来紧密结合的结果无法解释，暗指了IIa类HDAC之间可以互补抑制作用。PGC-1α是代谢和细胞质造成了通路中的的不可忽视RNA共激活因子。过表达PGC-1α的果蝇表现出改善的细胞质原先功能，典型运动后的变化。因此NVS-HD1不太可能在细胞质病因或者其他代谢病因中的发挥不可忽视的抑制作用。这篇篇名也注意到HDAC4可以和Hsc70如此一来紧密结合，并且可以去掉Hsc70的第128位赖氨酸的亚胺粘贴。当HDAC4的蛋白丝氨酸被可选择性在此之后，脯氨酸的Hsc70就不能极佳的紧密结合本品的深特异性。但是只有与Hsc70和Hsp90紧密结合的本品的深特异性，才是被完全激活的可以紧密结合本品的静止状态。因而IIa类HDAC抗病毒可以可选择性本品和深特异性紧密结合，从而卫生保健由它引发的四肢停滞。Hsc70是许多客户肽行使职权正常人原先功能所必要的分子结构女同性恋，因此其他不可忽视途径也不太可能深受HDAC4的调节。除此以外，这篇篇名还注意到HDAC3，MEF2并不能和HDAC4如此一来紧密结合。IIa类HDAC抗病毒也并并未负面影响MEF2调节的遗传物质的表达。现在提出批评的IIa类HDAC作为本体性肽的管理工作中间体似乎在软骨肌中的并不正确。重构出处: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