Histone deacetilaza 4 ( Histone deacetilaza 4, HDAC4 ) ( EC 3.5.1.98 ) este o proteină codificată la om de gena HDAC4 [2] [3] situată pe cromozomul 2 . Ca toate enzimele din grupul de histon deacetilaze apropiate de sirtuine , histon deacetilaza 4 catalizează îndepărtarea grupărilor acetil din reziduurile de lizină din partea N-terminală a histonelor centrale ( H2A , H2B , H3 și H4 ), care modifică structura cromatinei . Deacetilarea histonelor este unul dintre mecanismele de reglare transcripțională și epigenetică , afectează cursul ciclului celular și este implicată în reglarea dezvoltării [4] . Funcția HDAC4 este reglată de diverse modificări și interacțiuni post-translaționale cu o varietate de proteine, uneori specifice țesutului. Perturbarea funcției HDAC4 duce la dezvoltarea multor boli, inclusiv cancerul [5] , astfel încât inhibitorii HDAC4 pot avea aplicații medicale importante.
La om , gena HDAC4 este localizată pe cromozomul 2 (2q37.3) [4] , are o lungime de aproximativ 353,49 kilobaze (kb), conține 37 de exoni [6] și dă naștere la 8980 de transcrieri ARNm . La șoareci, gena omoloagă Hdac4 are o lungime de aproximativ 215,7 kb, situată pe cromozomul 1 și dă naștere la 3960 de transcrieri ARNm. HDAC4 este exprimat în diferite țesuturi , iar nivelul de exprimare depinde de intensitatea diverșilor stimuli. În ciuda numărului mare de procese reglate de HDAC4 și a mecanismelor unice de reglare a activității acestei proteine, se cunosc puține despre mecanismele de reglare a expresiei sale. Factorii de transcripție Sp1 și Sp3 se leagă direct la regiuni specifice consensului bogate în GC din promotorul HDAC4 și conduc transcripția HDAC4 . HDAC4 nu este exprimat în nucleele celulelor stem embrionare de șoarece , cu toate acestea, la începutul diferențierii celulare , nivelul său de expresie crește brusc [5] .
S-a demonstrat că mai multe microARN sunt implicate în reglarea expresiei HDAC4 , inclusiv miR-1, miR-29, miR-140, miR-155, miR-200a, miR-206 și miR-365, care acționează în celule. de diferite tipuri. miR-200a se leagă direct la regiunea 3’-netradusă (3’-UTR) a ARNm HDAC4 și reprimă expresia acestuia. miR-1 este specific pentru celulele musculare și stimulează miogeneza acționând asupra 3’-UTR al ARNm HDAC4 și reducând expresia HDAC4 . Proteina mTOR controlează transcripția miR-1 dependentă de MyoD printr-un amplificator în amonte , iar reprimarea HDAC4 mediată de miR-1 duce la folistatinei și fuziunea ulterioară a miocitelor . Transfecția tranzitorie a celulelor progenitoare de cardiomiocite cu miR-1 și miR-499 a redus rata de proliferare și a determinat o diferențiere îmbunătățită a celulelor progenitoare de cardiomiocite umane și a celulelor stem embrionare în cardiomiocite prin reprimarea HDAC4 . În plus, miR-22, reglat în jos în carcinomul hepatocelular , suprimă proliferarea și tendința tumorală prin reglarea în sus a HDAC4 [5] .
În plus, supraexprimarea miR-206 și miR-29 a redus expresia HDAC4 la nivel de translație atât în prezența, cât și în absența factorului de creștere transformant-beta (TGF-β) prin interacțiunea cu 3'-UTR al HDAC4 . Expresia miR-206 și miR-29 implicate în diferențierea celulelor musculare este reglată negativ de TGF-β, astfel încât tratamentul celulelor miogenice cu TGF-β determină o expresie crescută a HDAC4. miR-29b acționează ca un regulator cheie al diferențierii osteoblastelor , acționând asupra proteinelor HDAC4, TGF-β3, ACVR2A, CTNNBIP1 și DUSP2. miR-140, care este specific pentru cartilaj , acționează direct asupra 3’-UTR al HDAC4 . Șoarecii care nu au miR-140 au un fenotip pitic din cauza dezvoltării afectate a condrocitelor . miR-365 activat mecanic este asociat cu modularea diferențierii condrocitelor prin acționarea directă asupra HDAC4 . La șoarecii transgenici care au miR-155 uman, miR-155 acționează asupra HDAC4 și reglează în jos transcripția genei limfomului celulelor B 6 în celulele B. Expresia îmbunătățită artificial a HDAC4 în celulele limfomului cu celule B umane a redus proliferarea indusă de miR-155 și a îmbunătățit apoptoza . Toate acestea mărturisesc rolul important al miARN-urilor care acționează în mod specific asupra HDAC4 în modularea răspunsului celular și a funcțiilor biologice ale celulelor de diferite tipuri ca răspuns la diverși stimuli [5] .
Gena HDAC4 umană codifică proteine cu o lungime de 972 până la 1084 de resturi de aminoacizi, în timp ce omologul Hdac4 de șoarece codifică pentru 965 până la 1076 de resturi de aminoacizi. HDAC4 conține un domeniu de reglare unic la capătul N-terminal care interacționează cu diverși factori de transcripție și un domeniu catalitic care conține zinc la capătul C-terminal . Analiza structurii cristaline arată că este necesar un domeniu de legare a zincului pliat corespunzător pentru formarea complexului represor. Regiunea N-terminală a monomerului HDAC4 este conservată și conține un domeniu bogat în glutamină (19 din 68 de resturi de glutamină), care se încadrează într-o helix alfa dreaptă implicată în asamblarea tetramerului histon deacetilază 4. Tetramerul HDAC4 nu au reziduuri de aminoacizi nepolare aranjate în mod regulat și un miez hidrofob extins . În schimb, interacțiunea dintre subunități este asigurată de multe insule hidrofobe situate în interiorul regiunilor cu reziduuri de aminoacizi polari, iar regiunile bogate în glutamină iau parte la plierea elicelor alfa de monomeri și la interacțiunea lor între ele [7] . Domeniul de legare a zincului C-terminal joacă un rol cheie în recunoașterea substratului și legarea HDAC4 la complexul represor HDAC3-NCoR. O analiză detaliată a structurii cristaline a arătat că se poate forma o legătură disulfurică intermoleculară între cisteina 669 situată în domeniul de legare a zincului și cisteina 700 a moleculei învecinate [5] .
Modificările post-translaționale ale HDAC4 pot modifica localizarea sa intracelulară și compoziția proteinelor care interacționează cu acesta. Este bine cunoscut faptul că una dintre funcțiile cheie ale HDAC4 este reprimarea transcripției genei țintă prin reglarea condensării și structurii cromatinei. Studii recente au arătat rolul critic al modificărilor post-translaționale în controlul răspunsurilor celulare care implică HDAC4. S-a demonstrat că HDAC4 poate fi fosforilat, sumoilat, carbonilat, ubiquitinat și scindat de diferite enzime [5] .
FosforilareaFosforilarea /defosforilarea asigură reprimarea rapidă și eficientă a histon deacetilazelor de clasă IIa (HDAC), cărora le aparține HDAC4. Fosforilarea reversibilă este un mecanism de reglare necesar pentru funcția HDAC4. HDAC4 interacționează cu familia 14-3-3 de proteine care se leagă în mod specific la motivele conservate care conțin fosfoserină . Fosforilarea acestor resturi de serină creează locuri de legare pentru chaperona familiei 14-3-3 , care însoțește HDAC4 fosforilat în timpul transportului de la nucleu la citoplasmă . HDAC4 poate fi fosforilat de următoarele proteine: CaMK , ERK1/2 , protein kinaza A (PKA) și GSK3 [5] .
Stimularea CaMK declanșează miogeneza prin distrugerea complexelor MEF2 -HDAC și exportul ulterior al HDAC din nucleu. CaMKII în mod specific de HDAC4 printr-un site unic de andocare . Fosforilarea HDAC4 la resturile de serină S246, S467 și S632 de către CaMKII îmbunătățește exportul nuclear și previne importul nuclear de HDAC4, urmat de reprimarea genelor țintă HDAC4. Transducția semnalului prin CaMKII endogen este necesară pentru acumularea HDAC4 indusă de agonist în citosolul cardiomiocitelor. Cu toate acestea, PKA fosforilează HDAC4 și reglează proteoliza HDAC4 la tirozina 207 și, de asemenea, antagonizează activarea MEF2 mediată de CaMKII prin reglarea proteoliza HDAC4. Produsul de clivaj HDAC4, care include capătul N-terminal al fostei proteine, inhibă selectiv activitatea MEF2, dar nu a factorului de răspuns seric (SRF), acționând ca un antagonist al CaMKII, dar fără a afecta supraviețuirea cardiomiocitelor. Activarea căii de semnalizare Ras - MAPK în timpul exprimării proteinei oncogene Ras sau în cazul MAPK/ERK kinazei 1 constitutiv activă determină acumularea de HDAC4 în nucleul mioblastului. GSK3 poate fosforila HDAC4 la pozițiile 298 și 302, rezultând degradarea proteazomului HDAC4 ; astfel, această proteină acționează ca un regulator important al stabilității HDAC4 [5] .
În mod similar, enzimele defosforilante, protein fosfatazele , joacă un rol important în reglarea HDAC4 . În condiții in vitro , HDAC4 este defosforilat de PP2A , care interacționează mai întâi cu capătul N-terminal al HDAC4 și apoi îl defosforilează. Prin reglarea defosforilării HDAC4 la mai multe resturi de serină, inclusiv cele incluse în situsul de legare a proteinei 14-3-3, precum și restul de serină 298, PP2A controlează importul nuclear de HDAC4 [5] .
CarbonilareaCarbonilarea , sau alchilarea, este o modificare caracteristică post-translațională în celulele supuse stresului oxidativ . Carbonilarea este atașarea covalentă a unei grupări carbonil active la grupul tiol al reziduurilor de cisteină dintr-o proteină substrat. Ca răspuns la stimulii care induc formarea de specii reactive de oxigen în celulă, reziduurile de cisteină 274 și 276 din proteina DnaJb5 și 667 și 669 din HDAC4 sunt oxidate și formează legături disulfurice intramoleculare, care pot fi apoi reduse de tioredoxină . - 1. Reducerea reziduurilor de cisteină 274 și 276 ale proteinei DnaJb5 este necesară pentru interacțiunea dintre DnaJb5 și HDAC4, iar reducerea reziduurilor de cisteină 667 și 669 ale HDAC4 suprimă exportul său nuclear, indiferent de gradul de fosforilare [5] ] .
SumoilingSumoilarea este atașarea covalentă a proteinelor grupului SUMO la resturile de proteină lizină . Ca și în cazul ubiquitinării , atașarea proteinelor SUMO ( SUMO1 , SUMO2 și SUMO3 ) la reziduurile de lizină din proteinele substrat joacă un rol critic în modularea activității și degradării acestor proteine. S-a demonstrat că HDAC4 este recunoscut de SUMO1 la un singur reziduu de lizină (lizină-559), la care are loc sumoilarea. Este realizat de proteina ligaza E3 SUMO RANBP2 și nu afectează distribuția intracelulară a HDAC4, precum și interacțiunea acestuia cu unele dintre proteinele cu care interacționează în mod normal. Cu toate acestea, HDAC4 cu o mutație la poziția 559 funcționează semnificativ mai rău și reprimă transcrierea genelor țintă în comparație cu tipul sălbatic . Sumoilarea HDAC4 este împiedicată de fosforilarea lui CaMK4 [5] .
UbiquitinareDe obicei, poliubiquitinarea conduce proteinele să fie degradate de proteazom, în timp ce monoubiquitinarea poate avea diferite efecte biologice. Ubiquitinarea și degradarea proteazomală a HDAC4 sunt reglementate de fosforilarea GSK3β , dar mecanismul și semnificația biologică a ubiquitinării HDAC4 nu au fost încă elucidate [5] .
ProteolizaMișcarea HDAC4 între nucleu și citoplasmă este, de asemenea, influențată de proteoliză, care are loc în timpul apoptozei. HDAC4 este scindat de caspaza-2 și -3 la aspartatul 289. Fragmentul N-terminal al HDAC4 scindat de caspaze conține un semnal de localizare nucleară și se acumulează în nucleu, reprimând transcripția și provocând moartea celulei și, de asemenea, acţionând ca un puternic represor al MEF2C . În comparație cu alte forme nucleare de HDAC4, fragmentul nuclear tăiat cu caspază induce moartea celulei și are un efect inhibitor puternic asupra Runx2 - sau transcripția dependentă de SRF, în ciuda faptului că nu conține domeniul de legare a zincului C-terminal necesar pentru recunoașterea substratului și legarea la complexul corepresor HDAC3 -N-CoR . Fragmentul creat de caspaze se leagă slab de cromatină , în timp ce HDAC4, mutant la locul de legare 14-3-3, formează complexe mai stabile cu proteina HDAC5 [5] .
Histonele joacă un rol critic în reglarea expresiei genelor. Acetilarea/dezacetilarea histonelor modifică structura cromatinei și afectează accesul factorilor de transcripție la ADN . HDAC4 aparține clasei II a familiei histon deacetilază/acuc/apha. Are activitate histon deacetilază și inhibă transcripția prin legarea la un promotor. Această proteină nu se leagă direct de ADN, ci doar prin intermediul factorilor de transcripție MEF2C și MEF2D . Ca și în cazul tuturor histon-deacetilazelor, HDAC4 necesită ioni de Zn 2+ [4] [8] pentru a funcționa .
După cum sa discutat mai sus, expresia genei HDAC4 poate fi reglată la niveluri transcripționale și post-transcripționale (prin microARN și reglarea stabilității ARNm), precum și la nivelul stabilității proteinei (degradare de către proteaze). HDAC4 călătorește între nucleu și citoplasmă și acționează, de asemenea, ca un corepresor nuclear care reglează dezvoltarea osului și a mușchilor. Activitatea HDAC4 este reglată de două mecanisme principale: localizarea intracelulară și formarea de complexe multiproteice cu alte proteine [5] .
După cum sa discutat mai sus, mișcarea HDAC4 între nucleu și citoplasmă poate fi reglată prin modificări post-translaționale. Translocarea HDAC4 este, de asemenea, reglementată prin interacțiunea cu factorul de transport exportin 1 , cunoscut și sub numele de CRM1 , care controlează exportul nuclear al proteinelor celulare având un semnal de export nuclear îmbogățit cu leucină (NES). În plus, nucleoporina 155 (Nup155), o componentă majoră a complexului de pori nucleari (NPC), este implicată în mișcarea proteinelor între citoplasmă și nucleu. Se crede că HDAC4 funcționează ca un corepresor transcripțional prin deacetilarea histonelor nucleozomale . Deoarece histon deacetilazele nu interacționează direct cu ADN-ul, în prezent se crede că recrutarea lor la promotori specifici este mediată de proteinele de legare la ADN care recunosc anumite secvențe de nucleotide în ADN. HDAC4 interacționează, de asemenea, cu diverse proteine, de exemplu, HP1 , histone metiltransferaza , diverși factori de transcripție, care determină funcțiile acestei proteine în diferite țesuturi ( vezi mai jos o listă a proteinelor cu care HDAC4 interacționează ). Există dovezi ample că histon deacetilazele, inclusiv HDAC4, deacetilează nu numai histonele, ci și alte proteine, inclusiv diverși factori de transcripție, care pot servi ca mecanism de reglare a căilor de semnalizare biologică. Funcțiile citoplasmatice ale HDAC4 sunt bine înțelese și sunt acoperite mai jos [5] .
HDAC4 deacetilează atât proteinele histonice, cât și cele non-histone prin îndepărtarea grupărilor acetil din substraturi cu un domeniu catalitic care conține zinc. Acetilarea reversibilă la resturile de lizină N-terminale ale histonei 3 (pozițiile 9, 14, 18 și 23) și histonei 4 (pozițiile 5, 8, 12 și 16) determină decondensarea nucleozomilor, modifică interacțiunea histonelor cu ADN-ul, și crește accesibilitatea ADN-ului pentru factorii de transcripție. Starea de acetilare a histonelor este controlată de două grupuri de proteine opuse: histon acetiltransferaze (HAT), care acetilează histonele și histon deacetilaze, care le deacetilează. Spre deosebire de HDAC6, HDAC4 și HDAC5 interacționează cu HDAC3 și RbAp48. Domeniul catalitic HDAC tinde să formeze un complex multiproteic cu complexul corepresor SMRT-NCoR-HDAC3. Integritatea domeniului catalitic HDAC4 este necesară pentru a recruta complexul corepresor HDAC3-N-CoR și activitatea sa ulterioară de deacetilază. Ca deacetilază, HDAC4 este inactiv în absența legării la HDAC3 [5] .
Proteina Runx2 servește ca țintă principală a căii de semnalizare BMP . Calea de semnalizare BMP-2 stimulează acetilarea Runx2 mediată de p300 . Această modificare crește activitatea Runx2 și inhibă degradarea Runx2 mediată de Smurf1 . HDAC4 și HDAC5 deacetilează Runx2, permițând acestei proteine să sufere o degradare mediată de Smurf. Inhibarea HDAC crește acetilarea Runx2, îmbunătățește diferențierea osteoblastelor stimulată de semnalizarea BMP-2 și crește formarea osoasă. Studii recente au arătat că HDAC4 poate deacetila proteinele citoplasmatice precum HIF-1α , MEKK2 și STAT1 [5] .
Acetilarea și metilarea histonelor sunt semnele epigenetice cel mai amănunțit studiate . Trimetilarea la pozițiile H3K4, H3K36 sau H3K79 face ca cromatina să ia forma activă caracteristică eucromatinei . Eucromatina se caracterizează, de asemenea, printr-un grad ridicat de acetilare a histonelor. Prin urmare, HDAC-urile pot elimina semnele epigenetice prin reprimarea transcripției. H3K9 metilat creează un situs de legare pentru proteina HP1 care conține cromodomenii , care induce reprimarea transcripțională și tranziția eucromatinei la heterocromatină . HDAC4 este implicat în reglarea epigenetică a genelor prin interacțiunea cu H3K9 metiltransferaza SUV39H1 și HP1, oferind un mecanism eficient de atenuare a genelor țintă MEF2 atât prin deacetilare, cât și prin metilare. Demetilarea H3K9 este strâns legată de mișcarea HDAC4 între citoplasmă și nucleu. Trimetilarea H3K9 în condiții de stres în promotorul 5’- acetilcolinesterazei (AChE) este deosebit de semnificativă, iar acumularea unui astfel de semn de histonă este asociată cu recrutarea SUV39H1 și HP1 la promotor (AChE) [5] .
În plus, HDAC4 reglează negativ factorul de transcripție MEF2 prin interacțiunea cu enzima de conjugare SUMO E2 Ubc9. Supraexprimarea HDAC4 a dus la sumoilarea excesivă a MEF2 in vivo . HDAC4 stimulează sumoilarea MEF2 la același reziduu de lizină care acetilează coactivatorul MEF2, acetiltransferaza CREBBP , deci este posibil ca acetilarea și sumoilarea MEF2 să interacționeze pentru a-și regla activitatea. Cu toate acestea, acest model este subiectul controverselor și sunt necesare mai multe experimente pentru a determina dacă HDAC4 sumoilează direct MEF2 sau dacă recrutează enzima de conjugare SUMO E2 [5] .
HDAC4 îndeplinește funcții esențiale în reglarea transcripției genelor, a creșterii celulare, a proliferării și a supraviețuirii, prin urmare, tulburările în exprimarea sau funcția acestei proteine duc la dezvoltarea cancerului [5] .
HDAC4, exprimat în condrocitele prehipertrofice, reglează hipertrofia condrocitelor și formarea osului endoclonal prin interacțiunea cu și inhibarea activității Runx2, un factor de transcripție necesar pentru hipertrofia condrocitelor . Șoarecii knockout HDAC4 prematură a oaselor în curs de dezvoltare din cauza hipertrofiei premature a condrocitelor ectopice; un fenotip similar apare la indivizii în ale căror condrocite Runx2 se exprimă constant. Runx2 poate fi acetilat de proteina p300, iar forma acetilata a Runx2 previne ubiquitinarea proteinelor. HDAC4 și HDAC5 joacă roluri opuse, deacetilând Runx2 și permițând degradarea proteinelor într-o cale dependentă de ștrumf. TGF-β suprimă diferențierea osteoblastelor acționând asupra HDAC4 și HDAC5, care în diferențierea osteoblastelor sunt recrutate în complexul Smad3/Runx2 situat pe secvența de ADN de legare a Runx2 prin interacțiunea cu Smad3 Supraexprimarea HDAC4 stimulează condrogeneza indusă de TGF-β1 în celulele stem sinoviale , dar suprimă hipertrofia în condrocite diferențiate de acestea [5] .
Prima etapă a miogenezei implică formarea de mioblaste care exprimă un set specific de factori de transcripție, inclusiv MEF2C. La șoarecii lipsiți de MEF2C, se observă anomalii în morfogeneza cardiacă , iar dezvoltarea organismului se oprește în stadiul formării buclei în dezvoltarea inimii. HDAC4 se leagă direct de MEF2, inhibând funcționarea acestuia și reglează diferențierea celulelor mezodermice în cardiomioblaste prin suprimarea expresiei GATA4 și Nkx2-5 . Tratamentul cu inhibitori HDAC determină specificarea celulelor mezodermice în cardiomiocite viitoare, care poate fi judecată de o creștere a conținutului de Nkx2-5, MEF2C, GATA4 și transcrierile de α - actină cardiacă din ele . Astfel, HDAC-urile inhibă diferențierea celulelor mezodermice în cardiomiocite. Supraexprimarea HDAC4 suprimă cardiomiogeneza, așa cum este evidențiată de o scădere a nivelului de expresie a genelor responsabile de dezvoltarea cardiomiocitelor [5] .
S-a demonstrat că, în timpul diferențierii celulelor musculare, HDAC4 controlează represiunea genelor prin recrutarea MEF2 la promotorii genelor reprimate. Reprimarea transcripțională a complexului MEF-2/HDAC se datorează translocării induse de CaMK a HDAC4 și HDAC5 în citoplasmă. În inimile șoarecilor transgenici care supraexprimă CaMKIV activ , hipertrofia cardiacă a fost observată cu o creștere a conținutului unor transcrieri embrionare , de exemplu, factorul natriuretic atrial și o creștere semnificativă a activității MEF2C [5] .
Toate contractiile muschilor scheletici sunt controlate de sistemul nervos . HDAC4 se acumulează în mod normal la joncțiunile neuromusculare . Pierderea inervației determină o acumulare concomitentă de HDAC4 în nucleul celulei musculare și o scădere a expresiei genelor reglate de MEF2. În denervarea chirurgicală sau în cazul bolii neuromusculare scleroza laterală amiotrofică , niveluri crescute de HDAC4 sunt necesare pentru reprimarea eficientă a genelor structurale dependente de MEF2. Expresia crescută a HDAC4 are un efect asemănător denervației și activează transcripția receptorului ectopic de acetilcolină ( nAChR ) în toată fibra musculară. Inactivarea HDAC4 previne transcripția indusă de denervare a receptorilor sinaptici nAChR și MUSK . HDAC4 este deosebit de abundent în nucleele fibrelor musculare scheletice oxidative rapide, iar HDAC4 knockout îmbunătățește glicoliza în miotuburi [5] .
HDAC4 este prezent în regiunea perinucleară a citoplasmei majorității neuronilor , dar localizarea sa în nucleu variază. În girusul dentat , expresia nucleară a HDAC4 nu este observată, în timp ce nucleii neuronilor din alte zone conțin HDAC4. În mod normal, HDAC4 este localizat în citoplasma neuronilor creierului și a neuronilor granulari cerebelosi cultivați . HDAC4 este transportat rapid în nucleu ca răspuns la nivelurile scăzute de potasiu și la nivelurile periculoase de glutamat , care induc moartea neuronilor. Tratamentul cu factor de supraviețuire neuronal BDNF previne localizarea nucleară a HDAC4, în timp ce inhibitorul CaMK, care stimulează apoptoza, promovează acumularea HDAC4 în nucleu. Mai mult, expresia ectopică a HDAC4 localizat nuclear stimulează apoptoza neuronală și suprimă funcționarea proteinelor MEF2 și CREB ca factori de transcripție. Histone deacetilazele joacă un rol important în supraviețuirea neuronilor și dezvoltarea fotoreceptorilor . Complexul de transcripție MEF2-HDAC4 este implicat în supraviețuirea neuronală și este ținta ataxinei-1 . Localizarea intracelulară a HDAC este determinată de activitatea neuronului. Activitatea electrică spontană este necesară pentru exportul nuclear de HDAC4, dar nu și HDAC5 [5] .
S-a demonstrat că HDAC4, HDAC5 și HDAC9 (HDAC de clasă IIa) prezintă o expresie surprinzător de limitată a celulelor β și δ endocrine pancreatice . Aceste HDAC sunt regulatori cheie ai celulelor β/δ pancreatice. O analiză a șoarecilor mutanți HDAC clasa IIa a arătat că celulele β producătoare de insulină sunt crescute la șoarecii knockout HDAC5 și HDAC9, iar celulele δ producătoare de somatostatină la șoarecii knockout HDAC4 și HDAC5. Supraexprimarea HDAC4 și HDAC5 a condus la o scădere a numărului de celule β și δ [5] .
Hipertrofia cardiacă este răspunsul inimii la diverși stimuli externi și interni care duc la stres biomecanic. Multe boli cardiovasculare , inclusiv infarctul miocardic , hipertensiunea arterială și diferite modificări ale contractilității inimii, sunt cauzate de mutații ale proteinelor sarcomice , iar aceste mutații determină creșterea dimensiunii inimii adulte din cauza creșterii hipertrofice a cardiomiocitelor. În cardiomiocite, fosforilarea dependentă de CaMKII a HDAC4 duce la creșterea hipertrofică, care poate fi blocată atunci când HDAC4 nu răspunde la niciun semnal. Studiile asupra șoarecilor care nu au miR-22 au arătat că miR-22 este necesar pentru creșterea hipertrofică a inimii ca răspuns la stres, iar HDAC4 și Sirt1 sunt ținte directe ale acestui miARN [5] .
În plus, HDAC4 este implicat în reglarea contracției miofilamentului prin reglarea deacetilării MLP. HDAC4, HAT și factorul asociat p300/CREBBP ( PCAF ) sunt asociate cu miofilamentele cardiace. HDAC4 și PCAF sunt asociate cu discurile Z și benzile I și A ale sarcomerelor cardiace. MLP, o proteină asociată cu discul Z, funcționează ca un senzor mecanic de tensiune al inimii și, în forma sa acetilată, este o țintă a HDAC4 și PCAF [5] .
Boala Huntington (HD) este o boală genetică neurodegenerativă în care coordonarea musculară este afectată, apar tulburări cognitive și probleme psihiatrice . S-a demonstrat că în cazul HD, miR-22 poate avea un efect anti-neurodegenerativ cu mai multe fațete, inclusiv inhibarea apoptozei și efecte asupra genelor (inclusiv HDAC4, RCOR1 și Rgs2 ) implicate în dezvoltarea HD [5] ] .
Subexprimarea HDAC4 în timpul dezvoltării retinei duce la apoptoza bastonașelor și a interneuronilor bipolari (BP), în timp ce supraexprimarea reduce numărul de celule BP care mor în comparație cu norma. În plus, la șoarecii cu degenerare a retinei, supraexprimarea HDAC4 a prelungit durata de viață a fotoreceptorilor. Efectul de supraviețuire s-a datorat activității HDAC4 în citoplasmă [5] .
Defectele HDAC4 pot provoca sindromul de brahidactilie cu retard mintal. Manifestările fizice ale acestui sindrom seamănă cu cele ale osteodistrofiei ereditare a lui Albright . Printre aceste simptome se numără tulburări faciale ușoare, malformații cardiace congenitale , brahidactilie de tip E, întârziere mintală, întârziere în dezvoltare, convulsii epileptice tulburări din spectrul autismului , corpul îndesat. Un studiu pe 278 de pacienți cu schizofrenie și 234 martori sănătoși dintr-o populație coreeană , analiza polimorfismelor cu un singur nucleotide a arătat că gena HDAC4 este asociată cu dezvoltarea schizofreniei. Ataxia-telangiectazia este o boală neurodegenerativă cauzată de o mutație a genei Atm . La șoarecii cu defecte în această genă, acumularea HDAC4 în nucleu a dus la neurodegenerare [5] .
În unele cazuri de leucemie acută , o translocare cromozomială care duce la fuziunea genei PLZF care codifică proteina PLZF cu gena care codifică receptorul acidului retinoic RARα dă naștere proteinei himerice PLZF-RARα, despre care se crede că reprimă constitutiv. genele responsabile de diferențiere. S-a descoperit că HDAC4 interacționează cu proteina leucemică PLZF-RARα și controlează reprimarea genelor de diferențiere în celulele leucemice. Suprimarea activității HDAC de către inhibitorii HDAC în studii clinice și de bază a arătat beneficiul potențial al HDAC în tratamentul cancerului. Proteina BCL6 este responsabilă pentru supraviețuirea și/sau diferențierea în limfomul cu celule B datorită rearanjamentelor cromozomiale. HDAC4 se leagă de BCL6 și PLZF in vivo și in vitro și controlează reprimarea transcripțională prin intermediul acestora. S-a demonstrat că microARN miR-155, care este cel mai adesea supraexprimat în tumori și boli hematologice maligne, se poate lega direct de 3'-UTR al HDAC4 și poate suprima translația acestuia. Expresia ectopică a HDAC4 în celulele de limfom cu celule B umane a dus la o scădere a proliferării induse de miR-155 și creșterea apoptozei [5] .
Cea mai mare expresie a HDAC4 este observată în partea proliferativă a epiteliului normal al intestinului subțire și gros , iar expresia sa scade în timpul diferențierii. HDAC4 interacționează cu Sp1 și elimină grupările acetil din histona H3 la situsul de legare Sp1/Sp3 de pe promotorul proximal al proteinei p21 , reprimând transcripția. Inducerea acestui promotor prin tăcere HDAC4 a oprit creșterea celulelor canceroase și a suprimat creșterea tumorii într-un model de glioblastom uman . Supresorul tumoral FOXP3 legat de X este necesar pentru exprimarea p21 în epiteliul normal, iar lipsa FOXP3 are ca rezultat o reglare în jos a p21, care apare în unele cazuri de cancer de sân . FOXP3 este inhibată în mod specific de legarea HDAC4 și de o creștere locală a acetilării histonei H3. În carcinomul hepatocelular, HDAC4 este reglat direct de miR-22. Mai mult, în țesutul carcinomului hepatocelular, reglat în jos de miR-22, nivelurile HDAC4 au crescut. În plus, în celulele acestei tumori, HDAC4 este, de asemenea, ținta miR-200a [5] .
În cancerul ovarian, se observă adesea rezistență la chimioterapia cu platină și s-a demonstrat că în tumorile rezistente există o expresie crescută a HDAC4. PLU-1/ JARID1B , care este suprareglat în unele tipuri de cancer de sân , interacționează și este co-exprimat cu HDAC4 în acest tip de celulă canceroasă. Sa demonstrat că în probele de țesut vezical sănătos pentru probele HDAC4 pozitive a fost semnificativ mai scăzut decât în probele de tumoră vezică urinară . În plus, conținutul de HDAC4 în carcinoamele de tranziție ale vezicii urinare este semnificativ mai mare decât în țesuturile normale. HIF1α este o parte necesară a complexului de transcripție HIF-1 care reglează angiogeneza , metabolismul celular și poate fi responsabil pentru dezvoltarea cancerului. Acetilarea HIF1α este reglată pozitiv de shRNA HDAC4 , dar nu de shRNA HDAC1 sau HDAC3. Inhibarea HDAC4 reduce atât activitatea transcripțională a HIF-1, cât și expresia unui număr de gene țintă HIF-1 și reduce rezistența la chimioterapia cu docetaxel . S-a stabilit că HDAC4 poate fi implicat în dezvoltarea osteosarcomului și a cancerului de colon . Taschinimod , un medicament indicat pentru tratamentul cancerului de prostată rezistent la tumori , se leagă direct de HDAC4, inhibând astfel deacetilarea histonelor și factorii de transcripție dependenți de HDAC4, cum ar fi HIF-1α [5] .
Până în prezent, sunt cunoscuți mulți inhibitori ai histon deacetilazei aparținând diferitelor grupe de compuși. Printre aceștia se numără hidroxamații ( tricostatina A , vorinostat ), peptidele ciclice ( romidepsin , apicidin ), acizii alifatici ( butirat , fenilbutirat , acid valproic ), benzamida și derivații săi. Acești inhibitori sunt nespecifici și inhibă toate HDAC, nu doar HDAC4. Utilizarea lor poate fi promițătoare în tratamentul diferitelor tipuri de cancer [9] . Sunt de asemenea cunoscuți inhibitori specifici de HDAC4, în special derivați de trifluormetil-1,2,4-oxidazol. Acești compuși pot fi eficienți în tratamentul bolii Huntington, pierderii musculare și diabetului [10] .
S-a demonstrat că HDAC4 interacționează cu:
| Proteină | cometariu | Surse |
|---|---|---|
| BCL6 | Se poate lega nu numai la HDAC4, ci și la alte HDAC legate de clasa IIa: HDAC5 și HDAC7 | [unsprezece] |
| BTG2 | Se poate lega și la HDAC1 | [12] |
| GATA1 | HDAC-urile inhibă această proteină. De asemenea, interacționează cu HDAC3 și HDAC5 | [13] |
| HDAC3 | Împreună fac parte din complexul represor HDAC3-NCoR | [2] [14] [15] [16] |
| MAPK1 | Localizarea HDAC4 depinde de calea de semnalizare Ras-MAPK | [17] |
| MAPK3 | Localizarea HDAC4 depinde de calea de semnalizare Ras-MAPK | [17] |
| MEF2C | HDAC4 este inhibat | [optsprezece] |
| MEF2A | HDAC4 este inhibat | [18] [19] |
| NCOR1 | Împreună fac parte din complexul represor HDAC3-NCoR | [14] [20] |
| NCOR2 | Împreună fac parte din complexul represor HDAC3-NCoR | [14] [20] |