Histon deacetylase 4 ( Histone deacetylase 4, HDAC4 ) ( EC 3.5.1.98 ) er et protein kodet i mennesker af HDAC4 genet [2] [3] placeret på det 2. kromosom . Som alle enzymer i gruppen af histon-deacetylaser tæt på sirtuiner , katalyserer histon-deacetylase 4 fjernelsen af acetylgrupper fra lysinrester i den N-terminale del af kernehistoner ( H2A , H2B , H3 og H4 ), som ændrer strukturen af kromatin . Histon - deacetylering er en af mekanismerne for transkriptionel og epigenetisk regulering, påvirker forløbet af cellecyklussen og er involveret i reguleringen af udviklingen [4] . HDAC4-funktionen er reguleret af forskellige post-translationelle modifikationer og interaktioner med en række forskellige proteiner, nogle gange vævsspecifikke. Afbrydelse af HDAC4-funktionen fører til udvikling af mange sygdomme, herunder cancer [5] , så HDAC4 -hæmmere kan have vigtige medicinske anvendelser.
Hos mennesker er HDAC4 -genet placeret på 2. kromosom (2q37.3) [4] , har en længde på omkring 353,49 kilobaser (kb), indeholder 37 exoner [6] og giver anledning til 8980 mRNA - transkripter. Hos mus er det homologe Hdac4 -gen omkring 215,7 kb langt, placeret på kromosom 1 og giver anledning til 3960 mRNA-transkripter. HDAC4 udtrykkes i forskellige væv, og ekspressionsniveauet afhænger af intensiteten af forskellige stimuli. På trods af det enorme antal processer, der reguleres af HDAC4 og de unikke mekanismer til regulering af aktiviteten af dette protein, er lidt kendt om mekanismerne for regulering af dets ekspression. Transkriptionsfaktorerne Sp1 og Sp3 binder direkte til specifikke konsensus GC-rige regioner i HDAC4- promotoren og driver HDAC4- transkription . HDAC4 udtrykkes ikke i kernerne af museembryonale stamceller , men i begyndelsen af celledifferentiering stiger dets ekspressionsniveau kraftigt [5] .
Det er blevet vist, at flere mikroRNA'er er involveret i reguleringen af HDAC4 -ekspression , herunder miR-1, miR-29, miR-140, miR-155, miR-200a, miR-206 og miR-365, som virker i celler af forskellige typer. miR-200a binder direkte til den 3'-utranslaterede region (3'-UTR) af HDAC4 mRNA og undertrykker dets ekspression. miR-1 er specifik for muskelceller og stimulerer myogenese ved at virke på 3'-UTR af HDAC4 mRNA og nedregulere HDAC4 ekspression . mTOR -proteinet kontrollerer MyoD-afhængig miR-1-transkription gennem en opstrømsforstærker , og miR-1-medieret undertrykkelse af HDAC4 fører til follistatindannelse efterfølgende myocytfusion . Forbigående transfektion af kardiomyocyt - stamceller med miR-1 og miR-499 reducerede proliferationshastigheden og forårsagede øget differentiering af humane cardiomyocyt-stamceller og embryonale stamceller til cardiomyocytter via HDAC4- repression . Derudover undertrykker miR-22, nedreguleret i hepatocellulært karcinom , proliferation og tumortilbøjelighed gennem opregulering af HDAC4 [5] .
Derudover nedregulerede overekspression af miR-206 og miR-29 HDAC4 -ekspression på translationsniveau både i nærvær og fravær af transformerende vækstfaktor-beta (TGF-β) gennem interaktion med 3'-UTR af HDAC4 . Ekspression af miR-206 og miR-29 involveret i muskelcelledifferentiering er negativt reguleret af TGF-β, så behandling af myogene celler med TGF-β forårsager øget ekspression af HDAC4. miR-29b fungerer som en nøgleregulator for osteoblastdifferentiering ved at virke på HDAC4-, TGF-β3-, ACVR2A-, CTNNBIP1- og DUSP2-proteinerne. miR-140, som er specifik for brusk , virker direkte på 3'-UTR af HDAC4 . Mus, der mangler miR-140, har en dværgfænotype på grund af nedsat chondrocytudvikling . mekanisk aktiveret miR-365 er forbundet med modulering af chondrocytdifferentiering ved at virke direkte på HDAC4 . I transgene mus med human miR-155, virker miR-155 på HDAC4 og nedregulerer B-celle lymfom gen 6 transkription i B-celler . Kunstigt forbedret ekspression af HDAC4 i humane B-celle lymfomceller reducerede miR-155-induceret proliferation og øget apoptose . Alt dette vidner om den vigtige rolle af miRNA'er, der specifikt virker på HDAC4 i at modulere den cellulære respons og biologiske funktioner af celler af forskellige typer som reaktion på forskellige stimuli [5] .
Det humane HDAC4 -gen koder for proteiner med en længde på 972 til 1084 aminosyrerester , mens muse Hdac4- homologen koder for 965 til 1076 aminosyrerester. HDAC4 indeholder et unikt regulatorisk domæne ved N-terminalen , der interagerer med forskellige transkriptionsfaktorer, og et zinkholdigt katalytisk domæne ved C-terminalen . Analyse af krystalstrukturen viser, at der kræves et korrekt foldet zinkbindende domæne til dannelsen af repressorkomplekset. Den N-terminale region af HDAC4- monomeren er konserveret og indeholder et glutaminrigt domæne (19 ud af 68 glutaminrester), som passer ind i en lige alfa-helix involveret i samlingen af histon-deacetylase 4-tetrameren. HDAC4-tetrameren har regelmæssigt arrangerede upolære aminosyrerester og en udvidet hydrofob kerne . I stedet er interaktionen mellem underenheder tilvejebragt af mange hydrofobe øer placeret inde i regionerne med polære aminosyrerester, og glutaminrige regioner deltager i foldningen af monomer alfa-helixer og deres interaktion med hinanden [7] . Det C-terminale zinkbindende domæne spiller en nøglerolle i substratgenkendelse og binding af HDAC4 til HDAC3-NCoR-repressorkomplekset. En detaljeret analyse af krystalstrukturen viste, at der kan dannes en intermolekylær disulfidbinding mellem cystein 669 placeret i det zinkbindende domæne og cystein 700 i nabomolekylet [5] .
Post-translationelle modifikationer af HDAC4 kan ændre dets intracellulære lokalisering og sammensætningen af proteiner, der interagerer med det. Det er velkendt, at en af HDAC4's nøglefunktioner er undertrykkelse af målgentransskription gennem regulering af kromatinkondensation og struktur. Nylige undersøgelser har vist den kritiske rolle af post-translationelle modifikationer i at kontrollere cellulære responser, der involverer HDAC4. Det er blevet vist, at HDAC4 kan phosphoryleres, sumoyleres, carbonyleres, ubiquitineres og spaltes af forskellige enzymer [5] .
FosforyleringFosforylering /dephosphorylering giver hurtig og effektiv undertrykkelse af klasse IIa histon deacetylaser (HDAC'er), som HDAC4 tilhører. Reversibel phosphorylering er en regulatorisk mekanisme, der kræves for HDAC4-funktion. HDAC4 interagerer med 14-3-3 - familien af proteiner , der specifikt binder til phosphoserinholdige konserverede motiver . Fosforylering af disse serinrester skaber bindingssteder for 14-3-3-familiens chaperon , som ledsager phosphoryleret HDAC4 under transport fra kernen til cytoplasmaet . HDAC4 kan phosphoryleres af følgende proteiner: CaMK , ERK1/2 , proteinkinase A (PKA) og GSK3 [5] .
Stimulering af CaMK udløser myogenese ved at ødelægge MEF2 -HDAC komplekserne og efterfølgende eksport af HDAC fra kernen. CaMKII specifikt til HDAC4 gennem et unikt dockingsted . Fosforylering af HDAC4 ved serinresterne S246, S467 og S632 af CaMKII øger nuklear eksport og forhindrer nuklear import af HDAC4, efterfulgt af undertrykkelse af HDAC4-målgener. Signaltransduktion gennem endogen CaMKII er nødvendig for agonist- induceret akkumulering af HDAC4 i cytosolen af kardiomyocytter. Imidlertid phosphorylerer PKA HDAC4 og regulerer HDAC4- proteolyse ved tyrosin 207 og antagoniserer også CaMKII-medieret MEF2-aktivering ved at regulere HDAC4-proteolyse. HDAC4-spaltningsproduktet, som inkluderer N-terminalen af det tidligere protein, hæmmer selektivt aktiviteten af MEF2, men ikke af serumresponsfaktoren (SRF), og fungerer som en antagonist af CaMKII, men uden at påvirke kardiomyocytoverlevelsen. Aktivering af Ras - MAPK -signalvejen under ekspressionen af det onkogene Ras-protein eller i tilfælde af konstitutivt aktiv MAPK/ERK-kinase 1 forårsager akkumulering af HDAC4 i myoblastkernen. GSK3 kan phosphorylere HDAC4 i position 298 og 302, hvilket resulterer i proteasomnedbrydning af HDAC4 ; således fungerer dette protein som en vigtig regulator af HDAC4-stabilitet [5] .
Tilsvarende spiller dephosphorylerende enzymer, proteinphosphataser , en vigtig rolle i reguleringen af HDAC4 . Under in vitro -betingelser dephosphoryleres HDAC4 af PP2A , som først interagerer med N-terminalen af HDAC4 og derefter dephosphorylerer den. Ved at regulere dephosphoryleringen af HDAC4 ved adskillige serinrester, inklusive dem, der er inkluderet i proteinbindingsstedet 14-3-3 , såvel som serinrest 298, kontrollerer PP2A den nukleare import af HDAC4 [5] .
KarbonyleringCarbonylering eller alkylering er en karakteristisk post-translationel modifikation i celler udsat for oxidativ stress . Carbonylering er den kovalente binding af en aktiv carbonylgruppe til thiolgruppen af cysteinrester i et substratprotein. Som reaktion på stimuli, der inducerer dannelsen af reaktive oxygenarter i cellen, oxideres cysteinrester 274 og 276 i DnaJb5-proteinet og 667 og 669 i HDAC4 og danner intramolekylære disulfidbindinger, som derefter kan reduceres af thioredoxin - 1. Reduktionen af cysteinresterne 274 og 276 af DnaJb5-proteinet er nødvendig for interaktionen af DnaJb5 og HDAC4, og reduktionen af cysteinresterne 667 og 669 af HDAC4 undertrykker dets nukleare eksport, uanset graden af fosforylering [5 ] .
SumoilingSumoylering er den kovalente binding af SUMO gruppe proteiner til protein lysinrester . Som med ubiquitinering spiller bindingen af SUMO-proteiner ( SUMO1 , SUMO2 og SUMO3 ) til lysinrester i substratproteiner en kritisk rolle i at modulere aktiviteten og nedbrydningen af disse proteiner. Det er blevet vist, at HDAC4 genkendes af SUMO1 ved en enkelt lysinrest (lysin-559), hvor sumoylering finder sted. Det udføres af E3 SUMO-proteinligasen RANBP2 og påvirker ikke den intracellulære fordeling af HDAC4, såvel som dets interaktion med nogle af de proteiner, som det normalt interagerer med. Imidlertid fungerer HDAC4 med en mutation i position 559 betydeligt dårligere og undertrykker transkriptionen af målgener sammenlignet med vildtypen . Sumoylering af HDAC4 forhindres af dets CaMK4-phosphorylering [5] .
UbiquitinationTypisk leder polyubiquitinering proteiner til at blive nedbrudt af proteasomet, mens monoubiquitinering kan have forskellige biologiske virkninger. Ubiquitinering og proteasomal nedbrydning af HDAC4 er reguleret af GSK3β -phosphorylering , men mekanismen og den biologiske betydning af HDAC4-ubiquitinering er endnu ikke blevet belyst [5] .
ProteolyseBevægelsen af HDAC4 mellem kernen og cytoplasmaet er også påvirket af proteolyse, som opstår under apoptose. HDAC4 spaltes af caspase-2 og -3 ved aspartat 289. Det N-terminale fragment af HDAC4 spaltet af caspaser indeholder et nuklear lokaliseringssignal og akkumuleres i kernen, undertrykker transkription og forårsager celledød, og også fungerer som en stærk undertrykker af MEF2C. Sammenlignet med andre nukleare former for HDAC4 inducerer det caspase-skårne nukleare fragment celledød og har en potent hæmmende effekt på Runx2 - eller SRF-afhængig transkription på trods af, at det ikke indeholder det C-terminale zinkbindende domæne, der kræves til substratgenkendelse og binding til HDAC3 -N-CoR corepressorkomplekset . Fragmentet skabt af caspaser binder svagt til kromatin , mens HDAC4, mutant på 14-3-3-bindingsstedet, danner mere stabile komplekser med HDAC5 -proteinet [5] .
Histoner spiller en afgørende rolle i reguleringen af genekspression. Acetylering/deacetylering af histoner ændrer strukturen af kromatin og påvirker transkriptionsfaktorers adgang til DNA . HDAC4 tilhører klasse II af histon-deacetylase/acuc/apha-familien. Det har histon-deacetylase-aktivitet og hæmmer transkription ved at binde til en promotor. Dette protein binder ikke DNA direkte, men kun gennem transkriptionsfaktorerne MEF2C og MEF2D . Som med alle histon-deacetylaser kræver HDAC4 Zn 2+ ioner [4] [8] for at fungere .
Som diskuteret ovenfor kan HDAC4 -genekspression reguleres på de transkriptionelle og post-transkriptionelle niveauer (via mikroRNA'er og regulering af mRNA-stabilitet) såvel som på niveauet af proteinstabilitet (nedbrydning af proteaser). HDAC4 bevæger sig mellem kernen og cytoplasmaet og fungerer også som en nuklear corepressor , der regulerer knogle- og muskeludvikling. HDAC4-aktivitet reguleres af to hovedmekanismer: intracellulær lokalisering og dannelsen af multiproteinkomplekser med andre proteiner [5] .
Som diskuteret ovenfor kan bevægelsen af HDAC4 mellem kernen og cytoplasmaet reguleres ved post-translationelle modifikationer. HDAC4-translokation reguleres også gennem interaktion med transportfaktoreksportin 1 , også kendt som CRM1 , som kontrollerer nuklear eksport af cellulære proteiner med et leucinberiget nuklear eksportsignal (NES). Derudover er nukleoporin 155 (Nup155), en hovedkomponent af det nukleare porekompleks (NPC), involveret i bevægelsen af proteiner mellem cytoplasmaet og kernen. HDAC4 menes at fungere som en transkriptionel corepressor ved deacetylering af nukleosomale histoner. Da histon-deacetylaser ikke interagerer direkte med DNA, menes det i øjeblikket, at deres rekruttering til specifikke promotorer er medieret af DNA-bindende proteiner , der genkender visse nukleotidsekvenser i DNA. HDAC4 interagerer også med forskellige proteiner, for eksempel HP1 , histonmethyltransferase , forskellige transkriptionsfaktorer, som bestemmer funktionerne af dette protein i forskellige væv ( se nedenfor for en liste over proteiner, som HDAC4 interagerer med ). Der er rigelig dokumentation for, at histon-deacetylaser, herunder HDAC4, deacetylerer ikke kun histoner, men også andre proteiner, herunder forskellige transkriptionsfaktorer, som kan tjene som en regulatorisk mekanisme for biologiske signalveje. De cytoplasmatiske funktioner af HDAC4 er velkendte og er dækket nedenfor [5] .
HDAC4 deacetylerer både histon- og ikke-histonproteiner ved at fjerne acetylgrupper fra substrater med et zinkholdigt katalytisk domæne. Reversibel acetylering ved de N-terminale lysinrester af histon 3 (position 9, 14, 18 og 23) og histon 4 (position 5, 8, 12 og 16) forårsager dekondensering af nukleosomer, ændrer interaktionen af histoner med DNA, og øger DNA-tilgængelighed for transkriptionsfaktorer. Histonacetyleringstilstanden styres af to grupper af modsatrettede proteiner: histonacetyltransferaser (HAT), som acetylerer histoner, og histondeacetylaser, som deacetylerer dem. I modsætning til HDAC6 interagerer HDAC4 og HDAC5 med HDAC3 og RbAp48. Det katalytiske HDAC-domæne har en tendens til at danne et multiproteinkompleks med SMRT-NCoR-HDAC3-corepressorkomplekset. Integriteten af det HDAC4 katalytiske domæne er påkrævet for at rekruttere HDAC3-N-CoR corepressorkomplekset og dets yderligere deacetylaseaktivitet. Som en deacetylase er HDAC4 inaktiv i fravær af binding til HDAC3 [5] .
Runx2-proteinet tjener som hovedmålet for BMP -signalvejen . BMP-2-signalvejen stimulerer p300 -medieret Runx2-acetylering . Denne modifikation øger Runx2-aktiviteten og hæmmer Smurf1 -medieret nedbrydning af Runx2. HDAC4 og HDAC5 deacetylerer Runx2, hvilket tillader dette protein at gennemgå Smølf-medieret nedbrydning. HDAC-hæmning øger Runx2-acetylering, øger osteoblastdifferentiering stimuleret af BMP-2- signalering og øger knogledannelse. Nylige undersøgelser har vist, at HDAC4 kan deacetylere cytoplasmatiske proteiner såsom HIF-1α , MEKK2 og STAT1 [5] .
Histonacetylering og methylering er de mest grundigt undersøgte epigenetiske mærker. Trimethylering i positionerne H3K4, H3K36 eller H3K79 får kromatin til at antage den aktive form, der er karakteristisk for euchromatin . Euchromatin er også karakteriseret ved en høj grad af histonacetylering. Derfor kan HDAC'er fjerne epigenetiske mærker ved at undertrykke transkription. Methyleret H3K9 skaber et bindingssted for det chromodomæneholdige HP1-protein, som inducerer transkriptionel repression og overgangen af euchromatin til heterochromatin . HDAC4 er involveret i epigenetisk genregulering gennem interaktion med H3K9 methyltransferase SUV39H1 og HP1, hvilket giver en effektiv mekanisme til at dæmpe MEF2-målgener gennem både deacetylering og methylering. Demethylering af H3K9 er tæt forbundet med bevægelsen af HDAC4 mellem cytoplasmaet og kernen. Trimethylering af H3K9 under stressforhold i 5' - acetylcholinesterase (AChE) promotoren er særligt signifikant, og akkumuleringen af et sådant histonmærke er forbundet med rekrutteringen af SUV39H1 og HP1 til promotoren (AChE) [5] .
Derudover regulerer HDAC4 negativt MEF2-transkriptionsfaktoren gennem interaktion med SUMO E2-konjugerende enzym Ubc9. Overekspression af HDAC4 resulterede i overdreven sumoylering af MEF2 in vivo . HDAC4 stimulerer MEF2-sumoylering ved den samme lysinrest, som acetylerer MEF2-coaktivatoren, CREBBP- acetyltransferase , så det er muligt, at MEF2-acetylering og sumoylering interagerer for at regulere dens aktivitet. Denne model er imidlertid genstand for kontroverser, og flere eksperimenter er nødvendige for at bestemme, om HDAC4 direkte sumoylerer MEF2, eller om det rekrutterer det SUMO E2-konjugerende enzym [5] .
HDAC4 udfører væsentlige funktioner i reguleringen af gentranskription, cellevækst, proliferation og overlevelse, derfor fører forstyrrelser i ekspressionen eller funktionen af dette protein til udvikling af cancer [5] .
HDAC4, udtrykt i præhypertrofiske chondrocytter, regulerer chondrocythypertrofi og endoklonal knogledannelse ved at interagere med og hæmme aktiviteten af Runx2 , en transkriptionsfaktor, der kræves til chondrocythypertrofi . HDAC4 knockout- mus af udviklende knogler på grund af for tidlig ektopisk chondrocythypertrofi; en lignende fænotype optræder hos individer, i hvis chondrocytter Runx2 konstant udtrykkes. Runx2 kan acetyleres af p300-proteinet, og den acetylerede form af Runx2 forhindrer protein ubiquitinering. HDAC4 og HDAC5 spiller modsatte roller, deacetylerer Runx2 og tillader proteiner at blive nedbrudt i en Smølf-afhængig vej. TGF-β undertrykker osteoblastdifferentiering ved at virke på HDAC4 og HDAC5, som i differentierende osteoblaster rekrutteres til Smad3/Runx2-komplekset placeret på den Runx2-bindende DNA-sekvens gennem interaktion med Smad3 Overekspression af HDAC4 stimulerer TGF- β1- induceret chondrogenese i synoviale stamceller , men undertrykker hypertrofi i chondrocytter, der er differentieret fra dem [5] .
Den første fase af myogenese involverer dannelsen af myoblaster, der udtrykker et specifikt sæt af transkriptionsfaktorer, herunder MEF2C. Hos mus, der mangler MEF2C, observeres abnormiteter i hjertemorfogenesen , og udviklingen af organismen stopper på stadiet af løkkedannelse i udviklingen af hjertet. HDAC4 binder direkte til MEF2, hæmmer dets funktion og regulerer differentieringen af mesodermceller til kardiomyoblaster ved at undertrykke ekspressionen af GATA4 og Nkx2-5 . Behandling med HDAC -hæmmere forårsager specifikation af mesodermceller til fremtidige kardiomyocytter, hvilket kan bedømmes ved en stigning i indholdet af Nkx2-5, MEF2C, GATA4 og hjerte-α- actin -transkripter i dem . Således hæmmer HDAC'er differentieringen af mesodermale celler til kardiomyocytter. Overekspression af HDAC4 undertrykker kardiomyogenese, som det fremgår af et fald i ekspressionsniveauet af gener, der er ansvarlige for udviklingen af kardiomyocytter [5] .
Det er blevet vist, at HDAC4 under muskelcelledifferentiering kontrollerer genundertrykkelse ved at rekruttere MEF2 til promotorer af undertrykte gener. Transkriptionel undertrykkelse af MEF-2/HDAC-komplekset skyldes CaMK-induceret translokation af HDAC4 og HDAC5 til cytoplasmaet. I hjerterne af transgene mus, der overudtrykker aktiv CaMKIV , blev hjertehypertrofi observeret med en stigning i indholdet af nogle embryonale transkripter, for eksempel atriel natriuretisk faktor , og en signifikant stigning i MEF2C-aktivitet [5] .
Alle sammentrækninger af skeletmuskler styres af nervesystemet . HDAC4 akkumuleres normalt ved neuromuskulære forbindelser . Tabet af innervation forårsager en samtidig akkumulering af HDAC4 i muskelcellekernen og et fald i ekspressionen af gener reguleret af MEF2. Ved kirurgisk denervering eller i tilfælde af den neuromuskulære sygdom amyotrofisk lateral sklerose kræves forhøjede niveauer af HDAC4 for effektiv undertrykkelse af MEF2-afhængige strukturelle gener. Øget HDAC4-ekspression har en denerveringslignende effekt og aktiverer transkription af den ektopiske acetylcholinreceptor ( nAChR ) i hele muskelfiberen. HDAC4-inaktivering forhindrer denervationsinduceret transkription af synaptiske nAChR- og MUSK-receptorer . HDAC4 er især rigeligt i kernerne af hurtige oxidative skeletmuskelfibre, og HDAC4 knockout øger glykolyse i myotuber [5] .
HDAC4 er til stede i det perinukleære område af cytoplasmaet i de fleste neuroner , men dets lokalisering i kernen varierer. I dentate gyrus observeres nuklear ekspression af HDAC4 ikke, mens kerner af neuroner fra andre zoner indeholder HDAC4. Normalt er HDAC4 lokaliseret i cytoplasmaet af hjerneneuroner og dyrkede cerebellære granulære neuroner . HDAC4 transporteres hurtigt ind i kernen som reaktion på lave kaliumniveauer og farlige niveauer af glutamat , som inducerer neurondød. Behandling med neuronal overlevelsesfaktor BDNF forhindrer nuklear lokalisering af HDAC4, mens CaMK-hæmmeren, som stimulerer apoptose, fremmer akkumuleringen af HDAC4 i kernen. Desuden stimulerer ektopisk ekspression af nuklear-lokaliseret HDAC4 neuronal apoptose og undertrykker funktionen af MEF2- og CREB-proteiner som transkriptionsfaktorer. Histondeacetylaser spiller en vigtig rolle i neuronal overlevelse og fotoreceptorudvikling . MEF2-HDAC4 transkriptionskomplekset er involveret i neuronal overlevelse og er målet for ataxin-1 . Den intracellulære lokalisering af HDAC bestemmes af neurons aktivitet. Spontan elektrisk aktivitet er påkrævet for nuklear eksport af HDAC4, men ikke HDAC5 [5] .
HDAC4, HDAC5 og HDAC9 (Klasse IIa HDAC) har vist sig at udvise overraskende begrænset ekspression af pancreas endokrine β- og δ-celler . Disse HDAC'er er nøgleregulatorer af pancreas β/δ-celler. En analyse af HDAC klasse IIa mutante mus viste, at insulinproducerende β-celler er øget i HDAC5 og HDAC9 knockout mus, og somatostatin -producerende δ-celler i HDAC4 og HDAC5 knockout mus. Overekspression af HDAC4 og HDAC5 førte til et fald i antallet af β- og δ-celler [5] .
Hjertehypertrofi er hjertets reaktion på forskellige eksterne og indre stimuli, der fører til biomekanisk stress. Mange hjerte-kar-sygdomme , herunder myokardieinfarkt , arteriel hypertension og forskellige ændringer i hjertets kontraktilitet, er forårsaget af mutationer i sarkomere proteiner, og disse mutationer får det voksne hjerte til at øges i størrelse på grund af hypertrofisk vækst af cardiomyocytter. I kardiomyocytter fører CaMKII-afhængig phosphorylering af HDAC4 til hypertrofisk vækst, som kan blokeres, når HDAC4 ikke reagerer på nogen signaler. Undersøgelser af mus, der mangler miR-22, har vist, at miR-22 er nødvendig for hypertrofisk vækst af hjertet som reaktion på stress, og HDAC4 og Sirt1 er direkte mål for dette miRNA [5] .
Derudover er HDAC4 involveret i reguleringen af myofilamentkontraktion gennem reguleringen af MLP-deacetylering. HDAC4, HAT og p300/CREBBP-associeret faktor ( PCAF ) er forbundet med hjertemyofilamenter. HDAC4 og PCAF er forbundet med Z-diskene og I- og A-båndene af hjertesarkomerer. MLP, et Z-disc-associeret protein, fungerer som en mekanisk spændingssensor i hjertet og er i sin acetylerede form et mål for HDAC4 og PCAF [5] .
Huntingtons sygdom (HD) er en neurodegenerativ genetisk sygdom, hvor muskelkoordinationen er svækket, kognitiv svækkelse og psykiatriske problemer opstår. Det er blevet vist, at i tilfælde af HS kan miR-22 have en mangefacetteret anti-neurodegenerativ effekt, herunder hæmning af apoptose og effekter på gener (herunder HDAC4, RCOR1 og Rgs2 ) involveret i udviklingen af HS [5 ] .
Underekspression af HDAC4 under retinal udvikling fører til apoptose af stave og bipolære interneuroner (BP), mens overekspression reducerer antallet af døende BP-celler sammenlignet med normen. Derudover forlængede overekspression af HDAC4 hos mus med retinal degeneration levetiden for fotoreceptorer. Overlevelseseffekten skyldtes HDAC4-aktivitet i cytoplasmaet [5] .
HDAC4-defekter kan forårsage brachydactyly syndrom med mental retardering. De fysiske manifestationer af dette syndrom ligner dem ved Albrights arvelige osteodystrofi . Blandt disse symptomer er milde ansigtslidelser, medfødte hjertefejl , type E brachydactyly, mental retardering, udviklingsforsinkelse, epileptiske anfald autismespektrumforstyrrelser , kraftig bygning. En undersøgelse af 278 patienter med skizofreni og 234 raske kontroller fra en koreansk befolkning, analyse af enkeltnukleotidpolymorfismer viste, at HDAC4 -genet er forbundet med udviklingen af skizofreni. Ataxia-telangiectasia er en neurodegenerativ sygdom forårsaget af en mutation i Atm -genet . Hos mus med defekte i dette gen førte akkumuleringen af HDAC4 i kernen til neurodegeneration [5] .
I nogle tilfælde af akut leukæmi giver en kromosomal translokation , der fører til fusionen af PLZF -genet, der koder for PLZF -proteinet, med genet, der koder for retinsyrereceptoren RARα , anledning til det kimære PLZF-RARα-protein, som menes at undertrykke konstitutivt de gener, der er ansvarlige for differentiering. Det blev fundet, at HDAC4 interagerer med leukæmiproteinet PLZF-RARα og kontrollerer undertrykkelsen af differentieringsgener i leukæmiceller. Undertrykkelse af HDAC-aktivitet af HDAC-hæmmere i kliniske og grundlæggende undersøgelser har vist den potentielle fordel ved HDAC i cancerbehandling. BCL6-proteinet er ansvarlig for overlevelse og/eller differentiering i B-cellelymfom på grund af kromosomale omlejringer. HDAC4 binder til BCL6 og PLZF in vivo og in vitro og kontrollerer transkriptionel undertrykkelse gennem dem. Det er blevet vist, at miR-155 mikroRNA, som oftest overudtrykkes i tumorer og ondartede hæmatologiske sygdomme, direkte kan binde til 3'-UTR af HDAC4 og undertrykke dets translation. Ektopisk ekspression af HDAC4 i humane B-celle lymfomceller resulterede i et fald i miR-155-induceret proliferation og øget apoptose [5] .
Den højeste ekspression af HDAC4 observeres i den proliferative del af det normale epitel i tynd- og tyktarmen , og dets ekspression falder under differentiering. HDAC4 interagerer med Sp1 og fjerner acetylgrupper fra histon H3 ved Sp1/Sp3-bindingsstedet på den proksimale promotor af p21 -proteinet , hvilket undertrykker transkription. Induktion af denne promotor ved HDAC4-dæmpning standsede cancercellevækst og undertrykte tumorvækst i en human glioblastommodel . Den X - bundne tumorsuppressor FOXP3 er påkrævet for p21-ekspression i normalt epitel, og mangel på FOXP3 resulterer i nedregulering af p21, som forekommer i nogle tilfælde af brystkræft . FOXP3 hæmmes specifikt af HDAC4-binding og en lokal stigning i H3-histonacetylering. I hepatocellulært karcinom er HDAC4 direkte reguleret af miR-22. Desuden, i hepatocellulært karcinomvæv, nedreguleret af miR-22, steg HDAC4-niveauer. Derudover er HDAC4 i cellerne i denne tumor også målet for miR-200a [5] .
Ved ovariecancer observeres ofte resistens over for platin - kemoterapi , og det har vist sig, at der i resistente tumorer er en øget ekspression af HDAC4. PLU-1/ JARID1B , som er opreguleret i nogle brystkræftformer , interagerer med og er co-udtrykt med HDAC4 i denne type kræftceller. Det blev vist, at i sunde blærevævsprøver for HDAC4-positive prøver var signifikant lavere end i blæretumorprøver . Derudover er indholdet af HDAC4 i overgangsblærekarcinomer signifikant højere end i normalt væv. HIF1α er en nødvendig del af HIF-1-transkriptionskomplekset, der regulerer angiogenese , cellemetabolisme og kan være ansvarlig for kræftudvikling. HIF1α acetylering er positivt reguleret af HDAC4 shRNA , men ikke af HDAC1 eller HDAC3 shRNA. Hæmning af HDAC4 reducerer både den transkriptionelle aktivitet af HIF-1 og ekspressionen af en række HIF-1-målgener og reducerer resistens over for docetaxel -kemoterapi . Det er blevet fastslået, at HDAC4 kan være involveret i udviklingen af osteosarkom og tyktarmskræft . Taschinimod , et lægemiddel indiceret til behandling af tumor-resistent prostatacancer , binder sig direkte til HDAC4 og hæmmer derved histon-deacetylering og HDAC4-afhængige transkriptionsfaktorer, såsom HIF-1α [5] .
Til dato er mange inhibitorer af histon-deacetylase , der tilhører forskellige grupper af forbindelser, kendt. Blandt dem er hydroxamater ( trichostatin A , vorinostat ), cykliske peptider ( romidepsin , apicidin ), alifatiske syrer ( butyrat , phenylbutyrat , valproinsyre ), benzamid og dets derivater. Disse hæmmere er uspecifikke og hæmmer alle HDAC'er, ikke kun HDAC4. Deres brug kan være lovende i behandlingen af forskellige kræftformer [9] . Specifikke HDAC4-inhibitorer er også kendte, især trifluormethyl-1,2,4-oxidazolderivater. Disse forbindelser kan være effektive i behandlingen af Huntingtons sygdom, muskelsvind og diabetes [10] .
HDAC4 har vist sig at interagere med:
| Protein | Kommentar | Kilder |
|---|---|---|
| BCL6 | Kan binde ikke kun til HDAC4, men også til andre klasse IIa-relaterede HDAC'er: HDAC5 og HDAC7 | [elleve] |
| BTG2 | Kan også binde til HDAC1 | [12] |
| GATA1 | HDAC'er hæmmer dette protein. Den interagerer også med HDAC3 og HDAC5 | [13] |
| HDAC3 | Sammen er de en del af HDAC3-NCoR-repressorkomplekset | [2] [14] [15] [16] |
| MAPK1 | HDAC4 lokalisering afhængig af Ras-MAPK signalvej | [17] |
| MAPK3 | HDAC4 lokalisering afhængig af Ras-MAPK signalvej | [17] |
| MEF2C | HDAC4 er hæmmet | [atten] |
| MEF2A | HDAC4 er hæmmet | [18] [19] |
| NCOR1 | Sammen er de en del af HDAC3-NCoR-repressorkomplekset | [14] [20] |
| NCOR2 | Sammen er de en del af HDAC3-NCoR-repressorkomplekset | [14] [20] |