A hiszton-dezacetiláz 4 ( Histone deacetylase 4, HDAC4 ) ( EC 3.5.1.98 ) egy fehérje , amelyet emberben a HDAC4 gén kódol [2] [3] , amely a 2. kromoszómán található . A hiszton- dezacetilázok csoportjának minden , a sirtuinokhoz közeli enziméhez hasonlóan a hiszton-dezacetiláz 4 katalizálja az acetilcsoportok eltávolítását a mag hisztonok N-terminális részében található lizinmaradékokról ( H2A [ , H2B , H3 és H4 ), amely megváltoztatja a kromatin szerkezetét . A hiszton dezacetilációja a transzkripciós és epigenetikai szabályozás egyik mechanizmusa , befolyásolja a sejtciklus lefolyását , és részt vesz a fejlődés szabályozásában [4] . A HDAC4 funkcióját különféle poszttranszlációs módosítások és kölcsönhatások szabályozzák különféle fehérjékkel, amelyek néha szövetspecifikusak. A HDAC4 működésének megzavarása számos betegség, köztük a rák kialakulásához vezet [5] , így a HDAC4- inhibitoroknak fontos orvosi alkalmazásai lehetnek.
Emberben a HDAC4 gén a 2. kromoszómán (2q37.3) található [ 4] , hossza körülbelül 353,49 kilobázis (kb), 37 exont tartalmaz [6] , és 8980 mRNS - transzkriptumot eredményez. Egerekben a homológ Hdac4 gén körülbelül 215,7 kb hosszú, az 1. kromoszómán található, és 3960 mRNS-transzkriptumot eredményez. A HDAC4 különböző szövetekben expresszálódik , és az expresszió szintje a különböző ingerek intenzitásától függ. A HDAC4 által szabályozott folyamatok nagy száma és e fehérje aktivitásának egyedi szabályozási mechanizmusai ellenére keveset tudunk expressziójának szabályozási mechanizmusairól. Az Sp1 és Sp3 transzkripciós faktorok közvetlenül kötődnek a HDAC4 promoter specifikus konszenzus GC-ben gazdag régióihoz, és elősegítik a HDAC4 transzkripciót . A HDAC4 nem expresszálódik az egér embrionális őssejtek magjában , azonban a sejtdifferenciálódás kezdetén expressziós szintje meredeken megemelkedik [5] .
Kimutatták, hogy számos mikroRNS vesz részt a HDAC4 expressziójának szabályozásában , köztük a miR-1, miR-29, miR-140, miR-155, miR-200a, miR-206 és miR-365, amelyek a sejtekben hatnak különböző típusú. A miR-200a közvetlenül kötődik a HDAC4 mRNS 3'-nem transzlált régiójához (3'-UTR), és elnyomja annak expresszióját. A miR-1 specifikus az izomsejtekre , és serkenti a miogenezist azáltal, hogy a HDAC4 mRNS 3'-UTR- jára hat, és csökkenti a HDAC4 expresszióját . Az mTOR fehérje szabályozza a MyoD-függő miR-1 transzkripciót egy upstream enhanszeren keresztül , és a HDAC4 miR-1 által közvetített repressziója follisztatin és ezt követő myocita fúzióhoz vezet . A kardiomiocita progenitor sejtek tranziens transzfekciója miR-1-gyel és miR-499-cel csökkentette a proliferációs rátát, és a HDAC4 represszió révén fokozott differenciálódást okozott a humán kardiomiocita progenitor sejtek és az embrionális őssejtek kardiomiocitákká . Ezenkívül a hepatocelluláris karcinómában lecsökkent miR-22 gátolja a proliferációt és a tumorhajlamot a HDAC4 fokozása révén [ 5 ] .
Ezenkívül a miR-206 és miR-29 túlzott expressziója leszabályozta a HDAC4 expresszióját transzlációs szinten mind a transzformáló növekedési faktor-béta (TGF-β) jelenlétében, mind hiányában a HDAC4 3'-UTR-jával való kölcsönhatás révén . Az izomsejtek differenciálódásában szerepet játszó miR-206 és miR-29 expresszióját a TGF-β negatívan szabályozza, így a miogén sejtek TGF-β-val történő kezelése a HDAC4 fokozott expresszióját okozza. A miR-29b az oszteoblasztok differenciálódásának kulcsfontosságú szabályozójaként hat a HDAC4, TGF-β3, ACVR2A, CTNNBIP1 és DUSP2 fehérjékre. A miR-140, amely specifikus a porcokra , közvetlenül a HDAC4 3'-UTR-jára hat . Azok az egerek, amelyekből hiányzik a miR-140, törpe fenotípussal rendelkeznek a kondrociták károsodott fejlődése miatt . A mechanikusan aktivált miR-365 a kondrociták differenciálódásának modulálásával jár, közvetlenül a HDAC4 -re hatva . Humán miR-155-öt tartalmazó transzgenikus egerekben a miR-155 a HDAC4 - re hat, és csökkenti a B-sejtes limfóma gén transzkripcióját a B-sejtekben . A HDAC4 mesterségesen megnövelt expressziója humán B-sejtes limfóma sejtekben csökkentette a miR-155 által kiváltott proliferációt és fokozta az apoptózist . Mindez a HDAC4 -re specifikusan ható miRNS-ek fontos szerepéről tanúskodik a különböző típusú sejtek sejtválaszának és biológiai funkcióinak modulálásában a különböző ingerekre adott válaszként [5] .
A humán HDAC4 gén 972-1084 aminosav hosszúságú fehérjéket kódol , míg az egér Hdac4 homológja 965-1076 aminosavat kódol. A HDAC4 egy egyedi szabályozó domént tartalmaz az N-terminálison , amely kölcsönhatásba lép különböző transzkripciós faktorokkal, és egy cinktartalmú katalitikus domént a C-terminálison . A kristályszerkezet analízise azt mutatja, hogy a represszor komplex kialakulásához egy megfelelően hajtogatott cinkkötő domén szükséges. A HDAC4 monomer N-terminális régiója konzervált , és glutaminban gazdag domént tartalmaz (68 glutaminból 19), amely a hiszton dezacetiláz 4 tetramer összeállításában részt vevő egyenes alfa hélixbe illeszkedik. A HDAC4 tetramer nem szabályosan elrendezett nempoláris aminosav- maradékokkal és kiterjesztett hidrofób maggal . Ehelyett az alegységek közötti kölcsönhatást a poláris aminosavakat tartalmazó régiók belsejében elhelyezkedő számos hidrofób sziget biztosítja, a glutaminban gazdag régiók pedig részt vesznek a monomer alfa-hélixek feltekeredésében és egymással való kölcsönhatásában [7] . A C-terminális cinkkötő domén kulcsszerepet játszik a szubsztrát felismerésében és a HDAC4 HDAC3-NCoR represszor komplexhez való kötődésében. A kristályszerkezet részletes elemzése kimutatta, hogy intermolekuláris diszulfid kötés alakulhat ki a cinkkötő doménben található cisztein 669 és a szomszédos molekula cisztein 700 között [5] .
A HDAC4 poszttranszlációs módosításai megváltoztathatják intracelluláris lokalizációját és a vele kölcsönhatásba lépő fehérjék összetételét. Köztudott, hogy a HDAC4 egyik kulcsfontosságú funkciója a célgén-transzkripció visszaszorítása a kromatin kondenzációjának és szerkezetének szabályozásán keresztül. A legújabb tanulmányok kimutatták a poszttranszlációs módosítások kritikus szerepét a HDAC4-et érintő sejtválaszok szabályozásában. Kimutatták, hogy a HDAC4 különböző enzimekkel foszforilezhető, szumoilálható, karbonilezhető, ubiquitinálható és hasítható [5] .
FoszforilációA foszforiláció /defoszforiláció biztosítja a IIa osztályú hiszton-dezacetilázok (HDAC) gyors és hatékony elnyomását, amelyhez a HDAC4 tartozik. A reverzibilis foszforiláció a HDAC4 működéséhez szükséges szabályozó mechanizmus. A HDAC4 kölcsönhatásba lép a 14-3-3 fehérjecsaláddal , amely specifikusan kötődik a foszfoszerint tartalmazó konzervált motívumokhoz . Ezen szerinmaradékok foszforilációja kötőhelyeket hoz létre a 14-3-3 családba tartozó chaperon számára , amely a foszforilált HDAC4-et kíséri a sejtmagból a citoplazmába történő transzport során . A HDAC4 a következő fehérjékkel foszforilálható: CaMK , ERK1/2 , protein kináz A (PKA) és GSK3 [5] .
A CaMK stimulálása a MEF2 -HDAC komplexek elpusztításával, és ezt követően a HDAC sejtmagból történő exportálásával miogenezist vált ki. A CaMKII kifejezetten a HDAC4-hez egy egyedi dokkolóhelyen keresztül . A HDAC4 foszforilációja az S246, S467 és S632 szerinmaradékokon CaMKII által fokozza a nukleáris exportot és megakadályozza a HDAC4 nukleáris importját, majd a HDAC4 célgének elnyomását. Az endogén CaMKII-n keresztüli jelátvitel szükséges a HDAC4 agonista által kiváltott felhalmozódásához a szívizomsejtek citoszoljában . A PKA azonban foszforilálja a HDAC4-et, és szabályozza a HDAC4 proteolízisét a 207 tirozinnál , valamint antagonizálja a CaMKII által közvetített MEF2 aktivációt a HDAC4 proteolízis szabályozásával. A HDAC4 hasítási termék, amely az előbbi fehérje N-terminálisát tartalmazza, szelektíven gátolja a MEF2 aktivitását, de nem gátolja a szérum válaszfaktor (SRF) aktivitását, a CaMKII antagonistájaként működik, de nem befolyásolja a kardiomiociták túlélését. A Ras - MAPK jelátviteli útvonal aktiválása az onkogén Ras fehérje expressziója során, illetve konstitutívan aktív MAPK/ERK kináz 1 esetén a HDAC4 felhalmozódását okozza a myoblast sejtmagban. A GSK3 képes foszforilálni a HDAC4-et a 298. és 302. pozícióban, ami a HDAC4 proteaszóma lebomlását eredményezi ; így ez a fehérje a HDAC4 stabilitásának fontos szabályozójaként működik [5] .
Hasonlóképpen, a defoszforiláló enzimek, a protein-foszfatázok fontos szerepet játszanak a HDAC4 szabályozásában . In vitro körülmények között a HDAC4-et a PP2A defoszforilezi , amely először a HDAC4 N-terminálisával lép kölcsönhatásba, majd defoszforilezi azt. A HDAC4 defoszforilációjának szabályozásával számos szerinmaradékon, köztük a 14-3-3 fehérjekötőhelyen , valamint a 298-as szerinmaradékon is, a PP2A szabályozza a HDAC4 nukleáris importját [5] .
KarbonilezésA karbonilezés vagy alkilezés egy jellegzetes poszttranszlációs módosulás az oxidatív stressznek kitett sejtekben . A karbonilezés egy aktív karbonilcsoport kovalens kapcsolódása egy szubsztrátfehérjében lévő cisztein-maradékok tiolcsoportjához . A sejtben reaktív oxigénfajták képződését kiváltó ingerekre válaszul a DnaJb5 fehérjében a 274. és 276. cisztein, valamint a HDAC4 667. és 669. számú cisztein oxidálódik, és intramolekuláris diszulfidkötéseket hoz létre, amelyeket aztán tioredoxin redukálhat. - 1. A DnaJb5 fehérje 274-es és 276-os cisztein-maradékainak redukciója szükséges a DnaJb5 és a HDAC4 kölcsönhatásához, a HDAC4 667-es és 669-es cisztein-maradékainak redukciója pedig gátolja annak nukleáris exportját, függetlenül a foszforiláció mértékétől [5 ] .
SumoilingA szumoiláció a SUMO csoport fehérjéinek kovalens kapcsolódása a fehérje lizin oldalláncaihoz . Az ubiquitinációhoz hasonlóan a SUMO fehérjék ( SUMO1 , SUMO2 és SUMO3 ) kötődése a szubsztrátfehérjék lizin-maradékaihoz kritikus szerepet játszik e fehérjék aktivitásának és lebomlásának modulálásában. Kimutatták, hogy a HDAC4-et a SUMO1 egyetlen lizin-maradékon (lizin-559) ismeri fel, ahol a szumoiláció megtörténik. Ezt a RANBP2 E3 SUMO fehérje ligáz végzi , és nem befolyásolja a HDAC4 intracelluláris eloszlását, valamint kölcsönhatását néhány olyan fehérjével, amelyekkel normálisan kölcsönhatásba lép. Az 559-es pozícióban mutációval rendelkező HDAC4 azonban szignifikánsan rosszabbul működik, és elnyomja a célgének transzkripcióját a vad típushoz képest . A HDAC4 szumoilációját a CaMK4 foszforilációja akadályozza meg [5] .
UbiquitinációJellemzően a poliubiquitináció a fehérjéket a proteaszóma által lebontja, míg a monoubiquitinációnak különféle biológiai hatásai lehetnek. A HDAC4 ubiquitinációját és proteaszómális lebomlását a GSK3β foszforilációja szabályozza , de a HDAC4 ubikvitinációjának mechanizmusa és biológiai jelentősége még nem tisztázott [5] .
ProteolízisA HDAC4 sejtmag és a citoplazma közötti mozgását az apoptózis során végbemenő proteolízis is befolyásolja. A HDAC4 -et a kaszpáz-2 és a -3 hasítja a 289- es aszpartátnál . A HDAC4 kaszpázok által hasított N-terminális fragmentuma nukleáris lokalizációs szignált tartalmaz, és felhalmozódik a sejtmagban, elnyomja a transzkripciót és sejthalált, valamint a MEF2C erős represszoraként működik. A HDAC4 más nukleáris formáihoz képest a kaszpázzal hasított nukleáris fragmentum sejthalált indukál, és erős gátló hatással van a Runx2 - vagy az SRF-függő transzkripcióra annak ellenére, hogy nem tartalmazza a szubsztrátfelismeréshez szükséges C-terminális cinkkötő domént és kötődik a HDAC3 -N-CoR korepresszor komplexhez . A kaszpázok által létrehozott fragmentum gyengén kötődik a kromatinhoz , míg a HDAC4, amely a 14-3-3 kötőhelyen mutáns, stabilabb komplexeket képez a HDAC5 fehérjével [5] .
A hisztonok kritikus szerepet játszanak a génexpresszió szabályozásában. A hisztonok acetilezése/dezacetilezése megváltoztatja a kromatin szerkezetét és befolyásolja a transzkripciós faktorok DNS -hez való hozzáférését . A HDAC4 a hiszton-dezacetiláz/acuc/apha család II. osztályába tartozik. Hiszton-dezacetiláz aktivitással rendelkezik, és egy promoterhez kötődve gátolja a transzkripciót. Ez a fehérje közvetlenül nem kötődik a DNS-hez, csak a MEF2C és MEF2D transzkripciós faktorokon keresztül . Mint minden hiszton-dezacetiláz, a HDAC4 működéséhez Zn 2+ ionokra van szükség [4] [8] .
Mint fentebb tárgyaltuk, a HDAC4 génexpresszió szabályozható transzkripciós és poszttranszkripciós szinten (mikroRNS-eken keresztül és az mRNS stabilitásának szabályozása révén), valamint a fehérje stabilitás szintjén (proteázok általi lebontás). A HDAC4 a sejtmag és a citoplazma között mozog, és nukleáris korepresszorként is működik, amely szabályozza a csont- és izomfejlődést. A HDAC4 aktivitását két fő mechanizmus szabályozza: az intracelluláris lokalizáció és a multiprotein komplexek képződése más fehérjékkel [5] .
Mint fentebb tárgyaltuk, a HDAC4 mozgása a sejtmag és a citoplazma között poszttranszlációs módosításokkal szabályozható. A HDAC4 transzlokációját az exportin 1 transzportfaktorral , más néven CRM1 -gyel való interakció is szabályozza, amely szabályozza a leucinban dúsított nukleáris export jellel (NES) rendelkező sejtfehérjék nukleáris exportját. Ezenkívül a nukleoporin 155 (Nup155), a nukleáris póruskomplex (NPC) fő komponense, részt vesz a fehérjéknek a citoplazma és a sejtmag közötti mozgásában. Úgy gondolják, hogy a HDAC4 transzkripciós korepresszorként működik a nukleoszomális hisztonok dezacetilezése révén. Mivel a hiszton-dezacetilázok nem lépnek közvetlen kölcsönhatásba a DNS-sel, jelenleg úgy gondolják, hogy specifikus promóterekhez való toborzásukat olyan DNS-kötő fehérjék közvetítik, amelyek felismernek bizonyos nukleotidszekvenciákat a DNS-ben. A HDAC4 különféle fehérjékkel is kölcsönhatásba lép, például HP1 , hiszton-metiltranszferázzal , különböző transzkripciós faktorokkal, amelyek meghatározzák ennek a fehérjének a funkcióit a különböző szövetekben ( lásd alább azon fehérjék listáját, amelyekkel a HDAC4 kölcsönhatásba lép ). Rengeteg bizonyíték van arra, hogy a hiszton-dezacetilázok, köztük a HDAC4, nemcsak a hisztonokat deacetilezik, hanem más fehérjéket is, beleértve a különféle transzkripciós faktorokat is, amelyek a biológiai jelátviteli útvonalak szabályozó mechanizmusaként szolgálhatnak. A HDAC4 citoplazmatikus funkciói jól ismertek, és az alábbiakban tárgyaljuk őket [5] .
A HDAC4 dezacetilezi mind a hiszton, mind a nem hiszton fehérjéket azáltal, hogy eltávolítja az acetilcsoportokat a cinktartalmú katalitikus doménnel rendelkező szubsztrátokról. A 3-as hiszton (9., 14., 18. és 23. pozíció) és a 4. hiszton (5., 8., 12. és 16. pozíció) N-terminális lizin-maradékain reverzibilis acetiláció a nukleoszómák dekondenzációját okozza, megváltoztatja a hisztonok és a DNS kölcsönhatását, és növeli a DNS hozzáférhetőségét a transzkripciós faktorok számára. A hiszton acetiláció állapotát ellentétes fehérjék két csoportja szabályozza: a hiszton acetiltranszferázok (HAT), amelyek a hisztonokat acetilálják, és a hiszton-dezacetilázok, amelyek dezacetilálják azokat. A HDAC6-tól eltérően a HDAC4 és a HDAC5 kölcsönhatásba lép a HDAC3-mal és az RbAp48-cal. A HDAC katalitikus domén hajlamos multiprotein komplexet képezni az SMRT-NCoR-HDAC3 korepresszor komplexszel. A HDAC4 katalitikus domén integritása szükséges a HDAC3-N-CoR korepresszor komplex toborzásához és további deacetiláz aktivitásához. Deacetilázként a HDAC4 inaktív, ha nem kötődik HDAC3-hoz [5] .
A Runx2 fehérje a BMP jelátviteli útvonal fő célpontja . A BMP-2 jelátviteli útvonal stimulálja a p300 által közvetített Runx2 acetilációt . Ez a módosítás növeli a Runx2 aktivitását és gátolja a Runx2 Smurf1 által közvetített lebomlását. A HDAC4 és a HDAC5 deacetilálja a Runx2-t, lehetővé téve, hogy ez a fehérje Törpök által közvetített lebomláson menjen keresztül. A HDAC gátlás fokozza a Runx2 acetilációt, fokozza a BMP-2 jelátvitel által stimulált oszteoblasztok differenciálódását , és fokozza a csontképződést. A legújabb tanulmányok kimutatták, hogy a HDAC4 képes dezacetilezni olyan citoplazmafehérjéket, mint a HIF-1α , MEKK2 és STAT1 [5] .
A hiszton acetilezése és metilezése a leginkább tanulmányozott epigenetikai jegyek. A H3K4, H3K36 vagy H3K79 pozíciókban végzett trimetiláció hatására a kromatin az euchromatinra jellemző aktív formát veszi fel . Az euchromatint a hiszton nagyfokú acetilezése is jellemzi. Ezért a HDAC-k eltávolíthatják az epigenetikai jeleket a transzkripció elnyomásával. A metilált H3K9 kötőhelyet hoz létre a kromodomént tartalmazó HP1 fehérje számára, amely transzkripciós repressziót és az euchromatin heterokromatinná történő átalakulását indukálja . A HDAC4 részt vesz az epigenetikai génszabályozásban a H3K9 metiltranszferáz SUV39H1 és HP1 kölcsönhatása révén, hatékony mechanizmust biztosítva a MEF2 célgének elnémításához mind deacetiláción, mind metiláción keresztül . A H3K9 demetilációja szorosan összefügg a HDAC4 citoplazma és a sejtmag közötti mozgásával. Különösen jelentős a H3K9 trimetilációja stressz körülmények között az 5'- acetilkolinészteráz (AChE) promoterben, és egy ilyen hiszton jel felhalmozódása a SUV39H1 és a HP1 promóterbe (AChE) való toborzásával függ össze [5] .
Ezenkívül a HDAC4 negatívan szabályozza a MEF2 transzkripciós faktort a SUMO E2 Ubc9 konjugáló enzimmel való kölcsönhatás révén. A HDAC4 túlzott expressziója a MEF2 túlzott szumoilációját eredményezte in vivo . A HDAC4 stimulálja a MEF2 szumoilációt ugyanazon a lizin-maradékon, amely a MEF2 koaktivátort, a CREBBP acetiltranszferázt acetilezi , így lehetséges, hogy a MEF2 acetilezése és szumoilációja kölcsönhatásba lép az aktivitás szabályozása érdekében. Ez a modell azonban vita tárgyát képezi, és további kísérletekre van szükség annak megállapítására, hogy a HDAC4 közvetlenül szumoilálja-e a MEF2-t, vagy a SUMO E2-konjugáló enzimet toborozza [5] .
A HDAC4 alapvető funkciókat lát el a géntranszkripció, a sejtnövekedés, a proliferáció és a túlélés szabályozásában, ezért e fehérje expressziójának vagy működésének zavarai rák kialakulásához vezetnek [5] .
A prehipertrófiás porcsejtekben expresszálódó HDAC4 szabályozza a porcsejtek hipertrófiáját és az endoklonális csontképződést azáltal, hogy kölcsönhatásba lép a Runx2-vel, amely egy transzkripciós faktor, amely a kondrocita hipertrófiához szükséges, és gátolja annak aktivitását. A HDAC4 knockout egerek a fejlődő csontok korai a korai méhen kívüli kondrocita hipertrófia miatt; hasonló fenotípus jelenik meg azokban az egyedekben, akiknek porcsejtekben a Runx2 folyamatosan expresszálódik. A Runx2 a p300 fehérjével acetilezhető, a Runx2 acetilált formája pedig megakadályozza a fehérje ubiquitinációját. A HDAC4 és a HDAC5 ellentétes szerepet tölt be, dezacetilezi a Runx2-t, és lehetővé teszi a fehérjék törpfüggő úton történő lebomlását. A TGF-β elnyomja az oszteoblasztok differenciálódását azáltal, hogy a HDAC4-re és HDAC5-re hat, amelyek a differenciálódó oszteoblasztokban a Runx2-kötő DNS-szekvencián található Smad3/Runx2 komplexbe toboroznak a Smad3-mal való kölcsönhatás révén A HDAC4 túlzott expressziója serkenti a TGF-β1 által indukált chondrogenezist a szinoviális őssejtekben , de elnyomja a hipertrófiát a tőlük differenciált porcsejtekben [5] .
A miogenezis első szakasza olyan mioblasztok képződését foglalja magában, amelyek a transzkripciós faktorok meghatározott csoportját expresszálják, beleértve a MEF2C-t. A MEF2C-t nem tartalmazó egerekben rendellenességek figyelhetők meg a szív morfogenezisében , és a szervezet fejlődése leáll a szív fejlődésének hurokképződésének szakaszában. A HDAC4 közvetlenül kötődik a MEF2-hez, gátolja annak működését, és szabályozza a mezoderma sejtek kardiomioblasztokká történő differenciálódását a GATA4 és az Nkx2-5 expressziójának elnyomásával . A HDAC- inhibitorokkal végzett kezelés a mezoderma sejtek jövőbeli kardiomiocitákká történő specifikációját okozza, ami a bennük lévő Nkx2-5, MEF2C, GATA4 és a szív α- aktin transzkriptumainak növekedéséből ítélhető meg . Így a HDAC-k gátolják a mezodermális sejtek kardiomiocitákká történő differenciálódását. A HDAC4 túlzott expressziója elnyomja a kardiomiogenezist, amit a kardiomiociták fejlődéséért felelős gének expressziós szintjének csökkenése bizonyít [5] .
Kimutatták, hogy az izomsejtek differenciálódása során a HDAC4 szabályozza a génrepressziót azáltal, hogy a MEF2-t az elnyomott gének promótereihez toborozza. A MEF-2/HDAC komplex transzkripciós repressziója a HDAC4 és HDAC5 CaMK által kiváltott transzlokációjának köszönhető a citoplazmába. Az aktív CaMKIV-t túlzottan expresszáló transzgénikus egerek szívében szívhipertrófiát figyeltek meg egyes embrionális transzkriptumok, például a pitvari natriuretikus faktor tartalmának növekedésével és a MEF2C aktivitás jelentős növekedésével [5] .
Minden vázizom összehúzódást az idegrendszer szabályoz . A HDAC4 általában a neuromuszkuláris csomópontokban halmozódik fel . A beidegzés elvesztése a HDAC4 egyidejű felhalmozódását okozza az izomsejt sejtmagjában, és csökkenti a MEF2 által szabályozott gének expresszióját. Sebészi denervációban vagy neuromuszkuláris betegség , amiotrófiás laterális szklerózis esetén a HDAC4 emelkedett szintje szükséges a MEF2-függő szerkezeti gének hatékony repressziójához. A megnövekedett HDAC4 expresszió denervációhoz hasonló hatással bír, és aktiválja az ectopiás acetilkolin receptor ( nAChR ) transzkripcióját az egész izomrostban. A HDAC4 inaktiválása megakadályozza a szinaptikus nAChR és MUSK receptorok denerváció által kiváltott transzkripcióját . A HDAC4 különösen nagy mennyiségben fordul elő a gyors oxidatív vázizomrostok magjaiban, és a HDAC4 knockout fokozza a glikolízist a myotubusokban [5] .
A HDAC4 jelen van a legtöbb neuron citoplazmájának perinukleáris régiójában , de lokalizációja a sejtmagban változó. A gyrus fogazatában a HDAC4 nukleáris expressziója nem figyelhető meg, míg más zónákból származó neuronok magjai HDAC4-et tartalmaznak. Normális esetben a HDAC4 az agyi neuronok citoplazmájában és a tenyésztett cerebelláris szemcsés neuronokban található . A HDAC4 gyorsan a sejtmagba kerül az alacsony káliumszintre és a glutamát veszélyes szintjére reagálva, amelyek neuronhalált indukálnak. A BDNF neuronális túlélési faktorral végzett kezelés megakadályozza a HDAC4 nukleáris lokalizációját, míg az apoptózist serkentő CaMK inhibitor a HDAC4 felhalmozódását segíti elő a sejtmagban. Ezenkívül a nukleáris lokalizált HDAC4 ektópiás expressziója serkenti a neuronális apoptózist, és elnyomja a MEF2 és CREB fehérjék transzkripciós faktorokként való működését. A hiszton-dezacetilázok fontos szerepet játszanak a neuronok túlélésében és a fotoreceptorok fejlődésében . A MEF2-HDAC4 transzkripciós komplex részt vesz a neuronok túlélésében, és az ataxin-1 célpontja . A HDAC intracelluláris lokalizációját a neuron aktivitása határozza meg. Spontán elektromos aktivitás szükséges a HDAC4 nukleáris exportjához, de nem a HDAC5 [5] .
Kimutatták, hogy a HDAC4, HDAC5 és HDAC9 (IIa osztályú HDAC) meglepően korlátozott mértékben expresszálják a hasnyálmirigy endokrin β- és δ-sejteket . Ezek a HDAC-k a hasnyálmirigy β/δ sejtjeinek kulcsfontosságú szabályozói. A HDAC IIa osztályú mutáns egerek elemzése azt mutatta, hogy az inzulintermelő β-sejtek száma megnövekedett a HDAC5 és HDAC9 knockout egerekben, és a szomatosztatin termelő δ-sejtek a HDAC4 és HDAC5 knockout egerekben. A HDAC4 és HDAC5 túlzott expressziója a β- és δ-sejtek számának csökkenéséhez vezetett [5] .
A szívhipertrófia a szív reakciója különböző külső és belső ingerekre, amelyek biomechanikai stresszhez vezetnek. Számos szív- és érrendszeri betegséget , beleértve a szívinfarktust , az artériás magas vérnyomást és a szívösszehúzódás különböző változásait, a szarkomer fehérjék mutációi okozzák, és ezek a mutációk a felnőtt szív méretének növekedését okozzák a kardiomiociták hipertrófiás növekedése miatt. A kardiomiocitákban a HDAC4 CaMKII-függő foszforilációja hipertrófiás növekedéshez vezet, ami blokkolható, ha a HDAC4 nem reagál semmilyen jelre. A miR-22-t nem tartalmazó egereken végzett vizsgálatok kimutatták, hogy a miR-22 szükséges a szív hipertrófiás növekedéséhez stressz hatására, és a HDAC4 és a Sirt1 ennek a miRNS-nek a közvetlen célpontjai [5] .
Ezenkívül a HDAC4 részt vesz a myofilamentum összehúzódásának szabályozásában az MLP dezacetilációjának szabályozásán keresztül. A HDAC4, a HAT és a p300/CREBBP-asszociált faktor ( PCAF ) a szívizomfilamentumokhoz kapcsolódnak. A HDAC4 és a PCAF a szívszarkomerek Z-korongjaihoz és I- és A-sávjaihoz kapcsolódnak. Az MLP, egy Z-koronggal asszociált fehérje, a szív mechanikus feszültségérzékelőjeként működik, acetilált formában pedig a HDAC4 és a PCAF célpontja [5] .
A Huntington-kór (HD) egy neurodegeneratív genetikai betegség, amelyben az izomkoordináció károsodik, kognitív károsodások és pszichiátriai problémák lépnek fel. Kimutatták, hogy a HD esetében a miR-22 sokrétű neurodegeneratív hatást fejthet ki, beleértve az apoptózis gátlását és a HD kialakulásában részt vevő génekre (köztük HDAC4, RCOR1 és Rgs2 ) gyakorolt hatásokat [5 ] ] .
A HDAC4 alulexpressziója a retina fejlődése során a rudak és a bipoláris interneuronok (BP) apoptózisához vezet , míg a túlzott expresszió csökkenti a haldokló BP-sejtek számát a normához képest. Ezenkívül a retina degenerációjában szenvedő egerekben a HDAC4 túlzott expressziója meghosszabbította a fotoreceptorok élettartamát. A túlélési hatást a citoplazmában lévő HDAC4 aktivitás okozta [5] .
A HDAC4 hibák brachydactyly -szindrómát okozhatnak mentális retardációval. Ennek a szindrómának a fizikai megnyilvánulásai hasonlítanak az Albright-féle örökletes osteodystrophiához . E tünetek közé tartoznak az enyhe arczavarok, veleszületett szívhibák , E típusú brachydactylia, mentális retardáció, fejlődési késés, epilepsziás rohamok autizmus spektrum zavarok , zömök testalkat. Egy koreai populációból származó 278 skizofréniás beteggel és 234 egészséges kontrollcsoporttal végzett vizsgálat, az egynukleotidos polimorfizmusok elemzése kimutatta, hogy a HDAC4 gén összefüggésben áll a skizofrénia kialakulásával. Az ataxia-telangiectasia egy neurodegeneratív betegség, amelyet az Atm gén mutációja okoz . Ebben a génben hiányos egerekben a HDAC4 felhalmozódása a sejtmagban neurodegenerációhoz vezetett [5] .
Egyes akut leukémia esetekben a PLZF fehérjét kódoló PLZF gén és a RARα retinsav receptort kódoló gén fúziójához vezető kromoszómális transzlokáció kiméra PLZF-RARα fehérjét eredményez, amelyről úgy gondolják, hogy konstitutívan elnyomja. a differenciálódásért felelős gének. Azt találták, hogy a HDAC4 kölcsönhatásba lép a PLZF-RARα leukémiás fehérjével, és szabályozza a differenciációs gének elnyomását a leukémiás sejtekben. A HDAC-aktivitás HDAC-inhibitorok általi elnyomása klinikai és alapvizsgálatokban megmutatta a HDAC potenciális előnyeit a rák kezelésében. A BCL6 fehérje felelős a túlélésért és/vagy a differenciálódásért B-sejtes limfómában a kromoszóma-átrendeződések következtében. A HDAC4 in vivo és in vitro kötődik a BCL6 -hoz és a PLZF -hez, és ezeken keresztül szabályozza a transzkripciós repressziót. Kimutatták, hogy a daganatokban és rosszindulatú hematológiai betegségekben leggyakrabban túlzottan expresszálódó miR-155 mikroRNS közvetlenül képes kötődni a HDAC4 3'-UTR-jához, és elnyomja annak transzlációját. A HDAC4 ektopiás expressziója humán B-sejtes limfóma sejtekben a miR-155 által kiváltott proliferáció csökkenését és az apoptózis növekedését eredményezte [5] .
A HDAC4 legmagasabb expressziója a vékony- és vastagbél normál hámjának proliferatív részében figyelhető meg , expressziója a differenciálódás során csökken. A HDAC4 kölcsönhatásba lép az Sp1-gyel, és eltávolítja az acetilcsoportokat a H3 hisztonból a p21 fehérje proximális promoterének Sp1/Sp3 kötőhelyén, ezzel elnyomva a transzkripciót. Ennek a promóternek a HDAC4 elnémításával történő indukálása megállította a rákos sejtek növekedését és elnyomta a tumor növekedését egy humán glioblasztóma modellben . Az X -hez kötött FOXP3 tumorszuppresszor szükséges a p21 expressziójához a normál hámban, és a FOXP3 hiánya a p21 leszabályozását eredményezi, ami bizonyos emlőrákos esetekben fordul elő . A FOXP3-at specifikusan gátolja a HDAC4 kötődése és a H3 hiszton acetiláció helyi növekedése. Hepatocelluláris karcinómában a HDAC4-et közvetlenül a miR-22 szabályozza. Ezenkívül a miR-22 által leszabályozott hepatocelluláris karcinóma szövetben a HDAC4 szintje emelkedett. Ezenkívül ennek a daganatnak a sejtjeiben a HDAC4 a miR-200a célpontja is [5] .
Petefészekrákban gyakran megfigyelhető a platinakemoterápiával szembeni rezisztencia , és kimutatták, hogy rezisztens daganatokban fokozott a HDAC4 expressziója . A PLU-1/ JARID1B , amely egyes emlőrákokban fokozottan szabályozott , kölcsönhatásba lép a HDAC4-gyel, és azzal együtt expresszálódik az ilyen típusú rákos sejtekben. Kimutatták, hogy egészséges hólyagszövet mintákban a HDAC4-pozitív minták szignifikánsan alacsonyabbak voltak, mint a hólyagtumor mintákban . Ezenkívül az átmeneti hólyagkarcinómákban a HDAC4 tartalma jelentősen magasabb, mint a normál szövetekben. A HIF1α szükséges része a HIF-1 transzkripciós komplexnek, amely szabályozza az angiogenezist , a sejtmetabolizmust , és felelős lehet a rák kialakulásáért. A HIF1α acetilációt pozitívan szabályozza a HDAC4 shRNS , de nem a HDAC1 vagy HDAC3 shRNS. A HDAC4 gátlása csökkenti a HIF-1 transzkripciós aktivitását és számos HIF-1 célgén expresszióját, valamint csökkenti a docetaxel kemoterápiával szembeni rezisztenciát . Megállapítást nyert, hogy a HDAC4 szerepet játszhat az osteosarcoma és a vastagbélrák kialakulásában . A taschinimod , egy daganatrezisztens prosztatarák kezelésére javallt gyógyszer , közvetlenül kötődik a HDAC4-hez, ezáltal gátolja a hiszton dezacetilációját és a HDAC4-függő transzkripciós faktorokat, például a HIF-1α-t [5] .
Napjainkig a hiszton-dezacetiláz számos inhibitora ismert, amelyek különböző vegyületcsoportokhoz tartoznak. Ezek közé tartoznak a hidroxamátok ( trichostatin A , vorinostat ), ciklikus peptidek ( romidepszin , apicidin ), alifás savak ( butirát , fenilbutirát , valproinsav ), benzamid és származékai. Ezek az inhibitorok nem specifikusak, és gátolják az összes HDAC-t, nem csak a HDAC4-et. Alkalmazásuk ígéretes lehet különféle rákos megbetegedések kezelésében [9] . Specifikus HDAC4 inhibitorok is ismertek, különösen a trifluor-metil-1,2,4-oxidazol-származékok. Ezek a vegyületek hatékonyak lehetnek a Huntington-kór, az izomsorvadás és a cukorbetegség [10] kezelésében .
A HDAC4 kölcsönhatásba lép a következőkkel:
| Fehérje | Megjegyzés | Források |
|---|---|---|
| BCL6 | Nem csak a HDAC4-hez, hanem más IIa osztályú HDAC-okhoz is tud kötődni: HDAC5 és HDAC7 | [tizenegy] |
| BTG2 | A HDAC1 -hez is kötődhet | [12] |
| GATA1 | A HDAC-k gátolják ezt a fehérjét. Együttműködik a HDAC3-mal és a HDAC5-tel is | [13] |
| HDAC3 | Együtt a HDAC3-NCoR represszor komplex részét képezik | [2] [14] [15] [16] |
| MAPK1 | A HDAC4 lokalizációja a Ras-MAPK jelátviteli útvonaltól függ | [17] |
| MAPK3 | A HDAC4 lokalizációja a Ras-MAPK jelátviteli útvonaltól függ | [17] |
| MEF2C | A HDAC4 gátolt | [tizennyolc] |
| MEF2A | A HDAC4 gátolt | [18] [19] |
| NCOR1 | Együtt a HDAC3-NCoR represszor komplex részét képezik | [14] [20] |
| NCOR2 | Együtt a HDAC3-NCoR represszor komplex részét képezik | [14] [20] |