Histon deacetyláza 4 ( Histone deacetyláza 4, HDAC4 ) ( EC 3.5.1.98 ) je protein kódovaný u lidí genem HDAC4 [2] [3] umístěným na 2. chromozomu . Stejně jako všechny enzymy ze skupiny histonových deacetyláz blízkých sirtuinům katalyzuje histonová deacetyláza 4 odstranění acetylových skupin z lysinových zbytků v N-terminální části jádrových histonů ( H2A , H2B , H3 a H4 ), což mění strukturu chromatinu . Deacetylace histonů je jedním z mechanismů transkripční a epigenetické regulace, ovlivňuje průběh buněčného cyklu a podílí se na regulaci vývoje [4] . Funkce HDAC4 je regulována různými posttranslačními modifikacemi a interakcemi s různými proteiny, někdy tkáňově specifickými. Narušení funkce HDAC4 vede k rozvoji mnoha onemocnění, včetně rakoviny [5] , takže inhibitory HDAC4 mohou mít důležité lékařské aplikace.
U lidí je gen HDAC4 umístěn na 2. chromozomu (2q37.3) [4] , má délku asi 353,49 kilobází (kb), obsahuje 37 exonů [6] a dává vzniknout 8980 transkriptům mRNA . U myší je homologní gen Hdac4 dlouhý asi 215,7 kb, nachází se na chromozomu 1 a dává vzniknout 3960 mRNA transkriptům. HDAC4 je exprimován v různých tkáních a úroveň exprese závisí na intenzitě různých stimulů. Navzdory obrovskému množství procesů regulovaných HDAC4 a jedinečným mechanismům regulace aktivity tohoto proteinu je o mechanismech regulace jeho exprese málo známo. Transkripční faktory Sp1 a Sp3 se vážou přímo na specifické konsenzuální oblasti bohaté na GC v promotoru HDAC4 a řídí transkripci HDAC4 . HDAC4 není exprimován v jádrech myších embryonálních kmenových buněk , avšak na začátku buněčné diferenciace se hladina jeho exprese prudce zvyšuje [5] .
Bylo ukázáno, že několik mikroRNA se podílí na regulaci exprese HDAC4 , včetně miR-1, miR-29, miR-140, miR-155, miR-200a, miR-206 a miR-365, které působí v buňkách. různých typů. miR-200a se přímo váže na 3'-nepřeloženou oblast (3'-UTR) HDAC4 mRNA a potlačuje její expresi. miR-1 je specifický pro svalové buňky a stimuluje myogenezi působením na 3'-UTR HDAC4 mRNA a downregulací exprese HDAC4 . Protein mTOR řídí transkripci miR-1 závislou na MyoD prostřednictvím upstream zesilovače a represe HDAC4 zprostředkovaná miR-1 vede k follistatinu a následné fúzi myocytů . Přechodná transfekce progenitorových buněk kardiomyocytů pomocí miR-1 a miR-499 snížila rychlost proliferace a způsobila zvýšenou diferenciaci lidských progenitorových buněk kardiomyocytů a embryonálních kmenových buněk na kardiomyocyty prostřednictvím represe HDAC4 . Navíc miR-22, downregulovaný u hepatocelulárního karcinomu , potlačuje proliferaci a náchylnost k nádorům prostřednictvím upregulace HDAC4 [5] .
Navíc nadměrná exprese miR-206 a miR-29 snížila expresi HDAC4 na translační úrovni jak v přítomnosti, tak v nepřítomnosti transformujícího růstového faktoru-beta (TGF-p) prostřednictvím interakce s 3'-UTR HDAC4 . Exprese miR-206 a miR-29 zapojených do diferenciace svalových buněk je negativně regulována TGF-β, takže ošetření myogenních buněk TGF-β způsobuje zvýšenou expresi HDAC4. miR-29b působí jako klíčový regulátor diferenciace osteoblastů působením na proteiny HDAC4, TGF-β3, ACVR2A, CTNNBIP1 a DUSP2. miR-140, který je specifický pro chrupavku , působí přímo na 3'-UTR HDAC4 . Myši postrádající miR-140 mají trpasličí fenotyp v důsledku narušeného vývoje chondrocytů . mechanicky aktivovaný miR-365 je spojen s modulací diferenciace chondrocytů působením přímo na HDAC4 . U transgenních myší s lidskou miR-155 působí miR-155 na HDAC4 a downreguluje transkripci genu lymfomu B-buněk 6 v B buňkách . Uměle zvýšená exprese HDAC4 v buňkách lidského B-buněčného lymfomu snížila miR-155-indukovanou proliferaci a zvýšila apoptózu . To vše svědčí o důležité roli miRNA, které specificky působí na HDAC4 při modulaci buněčné odpovědi a biologických funkcí buněk různých typů v reakci na různé podněty [5] .
Lidský gen HDAC4 kóduje proteiny o délce 972 až 1084 aminokyselinových zbytků, zatímco myší homolog Hdac4 kóduje 965 až 1076 aminokyselinových zbytků. HDAC4 obsahuje jedinečnou regulační doménu na N-konci , která interaguje s různými transkripčními faktory, a katalytickou doménu obsahující zinek na C-konci . Analýza krystalové struktury ukazuje, že pro tvorbu represorového komplexu je zapotřebí správně složená doména vázající zinek. N-terminální oblast monomeru HDAC4 je konzervovaná a obsahuje doménu bohatou na glutamin (19 z 68 zbytků glutaminu), která zapadá do přímé alfa šroubovice podílející se na sestavování tetrameru histondeacetylázy 4. Tetramer HDAC4 nikoli mají pravidelně uspořádané nepolární aminokyselinové zbytky a rozšířené hydrofobní jádro . Místo toho interakci mezi podjednotkami zajišťuje mnoho hydrofobních ostrůvků umístěných uvnitř oblastí s polárními aminokyselinovými zbytky a oblasti bohaté na glutamin se účastní skládání monomerních alfa-helixů a jejich vzájemné interakce [7] . C-terminální doména vázající zinek hraje klíčovou roli v rozpoznávání substrátu a vazbě HDAC4 na komplex HDAC3-NCoR represoru. Podrobná analýza krystalové struktury ukázala, že mezi cysteinem 669 umístěným v doméně vázající zinek a cysteinem 700 sousední molekuly se může vytvořit intermolekulární disulfidická vazba [5] .
Posttranslační modifikace HDAC4 mohou změnit jeho intracelulární lokalizaci a složení proteinů, které s ním interagují. Je dobře známo, že jednou z klíčových funkcí HDAC4 je represe transkripce cílového genu prostřednictvím regulace kondenzace a struktury chromatinu. Nedávné studie ukázaly kritickou roli posttranslačních modifikací při kontrole buněčných odpovědí, které zahrnují HDAC4. Bylo ukázáno, že HDAC4 může být fosforylován, sumoylován, karbonylován, ubikvitinován a štěpen různými enzymy [5] .
FosforylaceFosforylace /defosforylace poskytuje rychlou a účinnou represi histondeacetyláz třídy IIa (HDAC), ke kterým HDAC4 patří. Reverzibilní fosforylace je regulační mechanismus potřebný pro funkci HDAC4. HDAC4 interaguje s rodinou 14-3-3 proteinů , které se specificky vážou na konzervované motivy obsahující fosfoserin . Fosforylace těchto serinových zbytků vytváří vazebná místa pro chaperon rodiny 14-3-3 , který doprovází fosforylovaný HDAC4 během transportu z jádra do cytoplazmy . HDAC4 může být fosforylován následujícími proteiny: CaMK , ERK1/2 , protein kináza A (PKA) a GSK3 [5] .
Stimulace CaMK spouští myogenezi zničením komplexů MEF2 -HDAC a následným exportem HDAC z jádra. CaMKII se specificky na HDAC4 prostřednictvím jedinečného dokovacího místa . Fosforylace HDAC4 na serinových zbytcích S246, S467 a S632 pomocí CaMKII zvyšuje jaderný export a zabraňuje jadernému importu HDAC4, následovanou represí cílových genů HDAC4. Pro akumulaci HDAC4 v cytosolu kardiomyocytů indukovanou agonistou je nutná transdukce signálu prostřednictvím endogenního CaMKII . PKA však fosforyluje HDAC4 a reguluje proteolýzu HDAC4 na tyrosinu 207 a také antagonizuje aktivaci MEF2 zprostředkovanou CaMKII regulací proteolýzy HDAC4. Produkt štěpení HDAC4, který zahrnuje N-konec prvního proteinu, selektivně inhibuje aktivitu MEF2, ale ne sérového reakčního faktoru (SRF), působí jako antagonista CaMKII, ale bez ovlivnění přežití kardiomyocytů. Aktivace signální dráhy Ras - MAPK během exprese onkogenního proteinu Ras nebo v případě konstitutivně aktivní MAPK/ERK kinázy 1 způsobuje akumulaci HDAC4 v jádře myoblastu. GSK3 může fosforylovat HDAC4 v pozicích 298 a 302, což vede k proteazomové degradaci HDAC4 ; tento protein tedy působí jako důležitý regulátor stability HDAC4 [5] .
Podobně defosforylační enzymy, proteinové fosfatázy , hrají důležitou roli v regulaci HDAC4 . Za podmínek in vitro je HDAC4 defosforylován PP2A , který nejprve interaguje s N-koncem HDAC4 a poté jej defosforyluje. Regulací defosforylace HDAC4 na několika serinových zbytcích, včetně těch, které jsou součástí vazebného místa pro protein 14-3-3, stejně jako serinového zbytku 298, PP2A kontroluje nukleární import HDAC4 [5] .
KarbonylaceKarbonylace nebo alkylace je charakteristická posttranslační modifikace v buňkách vystavených oxidačnímu stresu . Karbonylace je kovalentní připojení aktivní karbonylové skupiny k thiolové skupině cysteinových zbytků v substrátovém proteinu. V reakci na podněty, které indukují tvorbu reaktivních forem kyslíku v buňce, jsou cysteinové zbytky 274 a 276 v proteinu DnaJb5 a 667 a 669 v HDAC4 oxidovány a tvoří intramolekulární disulfidové vazby, které pak mohou být redukovány thioredoxinem . - 1. Redukce cysteinových zbytků 274 a 276 proteinu DnaJb5 je nezbytná pro interakci DnaJb5 a HDAC4 a redukce cysteinových zbytků 667 a 669 HDAC4 potlačuje jeho jaderný export, bez ohledu na stupeň fosforylace [5] ] .
SumoilingSumoylace je kovalentní připojení proteinů skupiny SUMO k proteinovým lysinovým zbytkům . Stejně jako u ubikvitinace hraje připojení SUMO proteinů ( SUMO1 , SUMO2 a SUMO3 ) k lysinovým zbytkům v substrátových proteinech zásadní roli při modulaci aktivity a degradace těchto proteinů. Bylo ukázáno, že HDAC4 je rozpoznáván SUMO1 na jediném lysinovém zbytku (lysin-559), na kterém dochází k sumoylaci. Provádí ho E3 SUMO protein ligáza RANBP2 a neovlivňuje intracelulární distribuci HDAC4, stejně jako jeho interakci s některými proteiny, se kterými normálně interaguje. HDAC4 s mutací na pozici 559 však funguje výrazně hůře a potlačuje transkripci cílových genů ve srovnání s divokým typem . Sumoylaci HDAC4 brání jeho fosforylace CaMK4 [5] .
UbikvitinacePolyubikvitinace typicky směřuje k degradaci proteinů proteazomem, zatímco monoubikvitinace může mít různé biologické účinky. Ubikvitinace a proteasomální degradace HDAC4 je regulována fosforylací GSK3β , ale mechanismus a biologický význam ubikvitinace HDAC4 nebyl dosud objasněn [5] .
ProteolýzaPohyb HDAC4 mezi jádrem a cytoplazmou je také ovlivněn proteolýzou, ke které dochází během apoptózy. HDAC4 je štěpen kaspázou-2 a -3 na aspartátu 289. N-koncový fragment HDAC4 štěpený kaspázami obsahuje jaderný lokalizační signál a akumuluje se v jádře, potlačuje transkripci a způsobuje buněčnou smrt, a také působí jako silný represor MEF2C . Ve srovnání s jinými jadernými formami HDAC4 indukuje jaderný fragment štěpený kaspázou buněčnou smrt a má silný inhibiční účinek na transkripci závislou na Runx2 nebo SRF, přestože neobsahuje C-terminální doménu vázající zinek potřebnou pro rozpoznání substrátu a vazba na korepresorový komplex HDAC3 -N-CoR . Fragment vytvořený kaspázami se slabě váže na chromatin , zatímco HDAC4, mutant na vazebném místě 14-3-3, tvoří stabilnější komplexy s proteinem HDAC5 [5] .
Histony hrají klíčovou roli v regulaci genové exprese. Acetylace/deacetylace histonů mění strukturu chromatinu a ovlivňuje přístup transkripčních faktorů k DNA . HDAC4 patří do třídy II rodiny histondeacetylázy/acuc/apha. Má aktivitu histon deacetylázy a inhibuje transkripci vazbou na promotor. Tento protein neváže DNA přímo, ale pouze prostřednictvím transkripčních faktorů MEF2C a MEF2D . Stejně jako u všech histonových deacetyláz vyžaduje HDAC4 ke svému fungování ionty Zn 2+ [4] [8] .
Jak je diskutováno výše, exprese genu HDAC4 může být regulována na transkripční a post-transkripční úrovni (prostřednictvím mikroRNA a regulací stability mRNA), stejně jako na úrovni stability proteinu (degradace proteázami). HDAC4 cestuje mezi jádrem a cytoplazmou a působí také jako jaderný korepresor , který reguluje vývoj kostí a svalů. Aktivita HDAC4 je regulována dvěma hlavními mechanismy: intracelulární lokalizací a tvorbou multiproteinových komplexů s jinými proteiny [5] .
Jak bylo diskutováno výše, pohyb HDAC4 mezi jádrem a cytoplazmou může být regulován posttranslačními modifikacemi. Translokace HDAC4 je také regulována prostřednictvím interakce s transportním faktorem exportinem 1 , také známým jako CRM1 , který řídí jaderný export buněčných proteinů s leucinem obohaceným jaderným exportním signálem (NES). Kromě toho se nukleoporin 155 (Nup155), hlavní složka komplexu jaderných pórů (NPC), podílí na pohybu proteinů mezi cytoplazmou a jádrem. Předpokládá se, že HDAC4 funguje jako transkripční korepresor deacetylací nukleozomálních histonů. Vzhledem k tomu, že histondeacetylázy neinteragují přímo s DNA, v současnosti se má za to, že jejich nábor ke specifickým promotorům je zprostředkován proteiny vázajícími DNA , které rozpoznávají určité nukleotidové sekvence v DNA. HDAC4 také interaguje s různými proteiny, například HP1 , histon methyltransferáza , různé transkripční faktory, které určují funkce tohoto proteinu v různých tkáních ( viz níže seznam proteinů, se kterými HDAC4 interaguje ). Existuje dostatek důkazů, že histondeacetylázy, včetně HDAC4, deacetylují nejen histony, ale také další proteiny, včetně různých transkripčních faktorů, které mohou sloužit jako regulační mechanismus biologických signálních drah. Cytoplazmatické funkce HDAC4 jsou dobře známy a jsou uvedeny níže [5] .
HDAC4 deacetyluje histonové i nehistonové proteiny odstraněním acetylových skupin ze substrátů s katalytickou doménou obsahující zinek. Reverzibilní acetylace na N-terminálních lysinových zbytcích histonu 3 (pozice 9, 14, 18 a 23) a histonu 4 (pozice 5, 8, 12 a 16) způsobuje dekondenzaci nukleozomů, mění interakci histonů s DNA, a zvyšuje dostupnost DNA pro transkripční faktory. Stav acetylace histonů je řízen dvěma skupinami protichůdných proteinů: histon acetyltransferázami (HAT), které acetylují histony, a histon deacetylázami, které je deacetylují. Na rozdíl od HDAC6, HDAC4 a HDAC5 interagují s HDAC3 a RbAp48. Katalytická doména HDAC má tendenci tvořit multiproteinový komplex s korepresorovým komplexem SMRT-NCoR-HDAC3. Integrita katalytické domény HDAC4 je nutná pro nábor korepresorového komplexu HDAC3-N-CoR a jeho další deacetylázovou aktivitu. Jako deacetyláza je HDAC4 neaktivní v nepřítomnosti vazby na HDAC3 [5] .
Protein Runx2 slouží jako hlavní cíl signální dráhy BMP . Signální dráha BMP-2 stimuluje acetylaci Runx2 zprostředkovanou p300 . Tato modifikace zvyšuje aktivitu Runx2 a inhibuje degradaci Runx2 zprostředkovanou Smurf1 . HDAC4 a HDAC5 deacetylují Runx2, což umožňuje tomuto proteinu podstoupit degradaci zprostředkovanou Šmouly. Inhibice HDAC zvyšuje acetylaci Runx2, zvyšuje diferenciaci osteoblastů stimulovanou signalizací BMP-2 a zvyšuje tvorbu kosti. Nedávné studie ukázaly, že HDAC4 může deacetylovat cytoplazmatické proteiny, jako je HIF-1α , MEKK2 a STAT1 [ 5] .
Acetylace a metylace histonů jsou nejdůkladněji prozkoumanými epigenetickými znaky. Trimethylace v polohách H3K4, H3K36 nebo H3K79 způsobí, že chromatin převezme aktivní formu charakteristickou pro euchromatin . Euchromatin se také vyznačuje vysokým stupněm acetylace histonů. Proto mohou HDAC odstranit epigenetické značky potlačením transkripce. Methylovaný H3K9 vytváří vazebné místo pro protein HP1 obsahující chromodoménu , který indukuje transkripční represi a přechod euchromatinu na heterochromatin . HDAC4 se účastní epigenetické genové regulace prostřednictvím interakce s H3K9 methyltransferázou SUV39H1 a HP1, což poskytuje účinný mechanismus pro umlčení cílových genů MEF2 prostřednictvím deacetylace i methylace. Demetylace H3K9 úzce souvisí s pohybem HDAC4 mezi cytoplazmou a jádrem. Trimethylace H3K9 za stresových podmínek v promotoru 5'- acetylcholinesterázy (AChE) je obzvláště významná a akumulace takové histonové značky je spojena s náborem SUV39H1 a HP1 do promotoru (AChE) [5] .
Kromě toho HDAC4 negativně reguluje transkripční faktor MEF2 prostřednictvím interakce s SUMO E2 konjugujícím enzymem Ubc9. Nadměrná exprese HDAC4 vedla k nadměrné sumoylaci MEF2 in vivo . HDAC4 stimuluje sumoylaci MEF2 na stejném lysinovém zbytku, který acetyluje koaktivátor MEF2, CREBBP acetyltransferázu , takže je možné, že acetylace a sumoylace MEF2 interagují a regulují jeho aktivitu. Tento model je však předmětem sporů a je zapotřebí více experimentů, aby se zjistilo, zda HDAC4 přímo sumoyluje MEF2 nebo zda rekrutuje enzym konjugující SUMO E2 [5] .
HDAC4 plní základní funkce při regulaci genové transkripce, buněčného růstu, proliferace a přežití, proto poruchy exprese nebo funkce tohoto proteinu vedou k rozvoji rakoviny [5] .
HDAC4, exprimovaný v prehypertrofických chondrocytech, reguluje hypertrofii chondrocytů a tvorbu endoklonální kosti interakcí a inhibicí aktivity Runx2, transkripčního faktoru potřebného pro hypertrofii chondrocytů . HDAC4 knockout myši vyvíjejících se kostí v důsledku předčasné ektopické hypertrofie chondrocytů; podobný fenotyp se objevuje u jedinců, v jejichž chondrocytech je neustále exprimován Runx2. Runx2 může být acetylován proteinem p300 a acetylovaná forma Runx2 zabraňuje ubikvitinaci proteinu. HDAC4 a HDAC5 hrají opačné role, deacetylují Runx2 a umožňují degradaci proteinů v dráze závislé na Šmoulech. TGF-β potlačuje diferenciaci osteoblastů působením na HDAC4 a HDAC5, které se při diferenciaci osteoblastů rekrutují do komplexu Smad3/Runx2 umístěného na sekvenci DNA vázající Runx2 prostřednictvím interakce se Smad3 Nadměrná exprese HDAC4 stimuluje chondrogenezi indukovanou TGF-β1 v synoviálních kmenových buňkách , ale potlačuje hypertrofii v chondrocytech z nich diferencovaných [5] .
První fáze myogeneze zahrnuje tvorbu myoblastů, které exprimují specifickou sadu transkripčních faktorů, včetně MEF2C. U myší postrádajících MEF2C jsou pozorovány abnormality v srdeční morfogenezi a vývoj organismu se zastaví ve fázi tvorby smyčky ve vývoji srdce. HDAC4 se váže přímo na MEF2, inhibuje jeho fungování a reguluje diferenciaci mezodermových buněk na kardiomyoblasty potlačením exprese GATA4 a Nkx2-5 . Léčba inhibitory HDAC způsobuje specifikaci mezodermových buněk na budoucí kardiomyocyty, což lze usuzovat na zvýšení obsahu Nkx2-5, MEF2C, GATA4 a transkriptů srdečního a- aktinu v nich . HDAC tedy inhibují diferenciaci mezodermálních buněk na kardiomyocyty. Nadměrná exprese HDAC4 potlačuje kardiomyogenezi, o čemž svědčí snížení úrovně exprese genů odpovědných za vývoj kardiomyocytů [5] .
Bylo ukázáno, že během diferenciace svalových buněk HDAC4 kontroluje genovou represi rekrutováním MEF2 do promotorů reprimovaných genů. Transkripční represe komplexu MEF-2/HDAC je způsobena CaMK-indukovanou translokací HDAC4 a HDAC5 do cytoplazmy. V srdcích transgenních myší nadměrně exprimujících aktivní CaMKIV byla pozorována srdeční hypertrofie se zvýšením obsahu některých embryonálních transkriptů, například atriálního natriuretického faktoru , a významným zvýšením aktivity MEF2C [5] .
Všechny kontrakce kosterního svalstva jsou řízeny nervovým systémem . HDAC4 se normálně akumuluje v neuromuskulárních spojeních . Ztráta inervace způsobuje současnou akumulaci HDAC4 v jádře svalové buňky a snížení exprese genů regulovaných MEF2. Při chirurgické denervaci nebo v případě neuromuskulárního onemocnění amyotrofické laterální sklerózy jsou pro účinnou represi strukturních genů závislých na MEF2 vyžadovány zvýšené hladiny HDAC4. Zvýšená exprese HDAC4 má efekt podobný denervaci a aktivuje transkripci ektopického acetylcholinového receptoru ( nAChR ) v celém svalovém vláknu. Inaktivace HDAC4 zabraňuje denervací indukované transkripci synaptických nAChR a MUSK receptorů . HDAC4 je zvláště hojný v jádrech rychlých oxidačních vláken kosterního svalstva a knockout HDAC4 zvyšuje glykolýzu v myotubech [5] .
HDAC4 je přítomen v perinukleární oblasti cytoplazmy většiny neuronů , ale jeho lokalizace v jádře se liší. V gyrus dentatus není jaderná exprese HDAC4 pozorována, zatímco jádra neuronů z jiných zón obsahují HDAC4. Normálně je HDAC4 lokalizován v cytoplazmě mozkových neuronů a kultivovaných cerebelárních granulárních neuronů . HDAC4 je rychle transportován do jádra v reakci na nízké hladiny draslíku a nebezpečné hladiny glutamátu , které vyvolávají smrt neuronů. Léčba faktorem přežití neuronů BDNF zabraňuje jaderné lokalizaci HDAC4, zatímco inhibitor CaMK, který stimuluje apoptózu, podporuje akumulaci HDAC4 v jádře. Kromě toho ektopická exprese v jádře lokalizovaného HDAC4 stimuluje neuronální apoptózu a potlačuje fungování proteinů MEF2 a CREB jako transkripčních faktorů. Histonové deacetylázy hrají důležitou roli v přežití neuronů a vývoji fotoreceptorů . Transkripční komplex MEF2-HDAC4 se podílí na přežití neuronů a je cílem ataxinu-1 . Intracelulární lokalizace HDAC je určena aktivitou neuronu. Spontánní elektrická aktivita je nutná pro jaderný export HDAC4, ale ne HDAC5 [5] .
Ukázalo se, že HDAC4, HDAC5 a HDAC9 (třída IIa HDAC) vykazují překvapivě omezenou expresi pankreatických endokrinních P- a 8-buněk . Tyto HDAC jsou klíčovými regulátory pankreatických β/δ buněk. Analýza myší s mutantem HDAC třídy IIa ukázala, že p-buňky produkující inzulín jsou zvýšené u myší s knockoutem HDAC5 a HDAC9 a 8-buňky produkující somatostatin u myší s knockoutem HDAC4 a HDAC5. Nadměrná exprese HDAC4 a HDAC5 vedla ke snížení počtu β- a δ-buněk [5] .
Srdeční hypertrofie je reakce srdce na různé vnější a vnitřní podněty, které vedou k biomechanickému stresu. Mnoho kardiovaskulárních onemocnění , včetně infarktu myokardu , arteriální hypertenze a různých změn srdeční kontraktility, je způsobeno mutacemi v sarkomerních proteinech a tyto mutace způsobují zvětšení velikosti dospělého srdce v důsledku hypertrofického růstu kardiomyocytů. V kardiomyocytech vede CaMKII-dependentní fosforylace HDAC4 k hypertrofickému růstu, který může být blokován, když HDAC4 nereaguje na žádné signály. Studie na myších bez miR-22 ukázaly, že miR-22 je nezbytný pro hypertrofický růst srdce v reakci na stres a HDAC4 a Sirt1 jsou přímými cíli této miRNA [5] .
Kromě toho se HDAC4 podílí na regulaci kontrakce myofilament prostřednictvím regulace deacetylace MLP. HDAC4, HAT a faktor spojený s p300/CREBBP ( PCAF ) jsou spojeny se srdečními myofilamenty. HDAC4 a PCAF jsou spojeny se Z-disky a I- a A-pásmy srdečních sarkomer. MLP, protein asociovaný se Z diskem, funguje jako senzor mechanického napětí srdce a ve své acetylované formě je cílem HDAC4 a PCAF [5] .
Huntingtonova choroba (HD) je neurodegenerativní genetické onemocnění, při kterém dochází k narušení svalové koordinace, kognitivních poruch a psychiatrických problémů. Ukázalo se, že v případě HD může miR-22 mít mnohostranný antineurodegenerativní účinek, včetně inhibice apoptózy a účinků na geny (včetně HDAC4, RCOR1 a Rgs2 ), které se podílejí na rozvoji HD [5 ] .
Podexprese HDAC4 během vývoje sítnice vede k apoptóze tyčinek a bipolárních interneuronů (BP), zatímco nadměrná exprese snižuje počet odumírajících BP buněk ve srovnání s normou. Navíc u myší s retinální degenerací prodlužovala nadměrná exprese HDAC4 životnost fotoreceptorů. Účinek přežití byl způsoben aktivitou HDAC4 v cytoplazmě [5] .
Defekty HDAC4 mohou způsobit syndrom brachydaktylie s mentální retardací. Fyzické projevy tohoto syndromu se podobají projevům Albrightovy dědičné osteodystrofie . Mezi tyto příznaky patří mírné poruchy obličeje, vrozené srdeční vady , brachydaktylie typu E, mentální retardace, opožděný vývoj, epileptické záchvaty poruchy autistického spektra , podsaditá postava. Studie 278 pacientů se schizofrenií a 234 zdravých kontrol z korejské populace, analýza jednonukleotidových polymorfismů ukázala, že gen HDAC4 je spojen s rozvojem schizofrenie. Ataxia-telangiectasia je neurodegenerativní onemocnění způsobené mutací v genu Atm . U myší s defektem v tomto genu vedla akumulace HDAC4 v jádře k neurodegeneraci [5] .
V některých případech akutní leukémie vede chromozomální translokace k fúzi genu PLZF kódujícího protein PLZF s genem kódujícím receptor kyseliny retinové RARα ke vzniku chimérického proteinu PLZF-RARα, o kterém se předpokládá, že konstitutivně potlačuje geny odpovědné za diferenciaci. Bylo zjištěno, že HDAC4 interaguje s leukemickým proteinem PLZF-RARα a řídí represi diferenciačních genů v leukemických buňkách. Potlačení aktivity HDAC inhibitory HDAC v klinických a základních studiích prokázalo potenciální přínos HDAC v léčbě rakoviny. Protein BCL6 je zodpovědný za přežití a/nebo diferenciaci u B-buněčného lymfomu v důsledku chromozomálních přestaveb. HDAC4 se váže na BCL6 a PLZF in vivo a in vitro a prostřednictvím nich řídí represi transkripce. Bylo prokázáno, že miR-155 mikroRNA, která je nejčastěji overexprimována u nádorů a maligních hematologických onemocnění, se může přímo vázat na 3'-UTR HDAC4 a potlačovat jeho translaci. Ektopická exprese HDAC4 v buňkách lidského B-buněčného lymfomu vedla ke snížení proliferace indukované miR-155 a zvýšené apoptóze [5] .
Nejvyšší exprese HDAC4 je pozorována v proliferativní části normálního epitelu tenkého a tlustého střeva a její exprese během diferenciace klesá. HDAC4 interaguje s Sp1 a odstraňuje acetylové skupiny z histonu H3 na vazebném místě Sp1/Sp3 na proximálním promotoru proteinu p21 , čímž potlačuje transkripci. Indukce tohoto promotoru umlčením HDAC4 zastavila růst rakovinných buněk a potlačila růst nádoru v modelu lidského glioblastomu . X - vázaný tumor supresor FOXP3 je nutný pro expresi p21 v normálním epitelu a nedostatek FOXP3 vede k downregulaci p21, ke které dochází v některých případech rakoviny prsu . FOXP3 je specificky inhibován vazbou HDAC4 a lokálním zvýšením acetylace histonů H3. U hepatocelulárního karcinomu je HDAC4 přímo regulován miR-22. Navíc v tkáni hepatocelulárního karcinomu, downregulované miR-22, se hladiny HDAC4 zvýšily. Navíc v buňkách tohoto nádoru je HDAC4 také cílem miR-200a [5] .
U rakoviny vaječníků je často pozorována rezistence na platinovou chemoterapii a bylo prokázáno, že u rezistentních nádorů je zvýšená exprese HDAC4. PLU-1/ JARID1B , který je upregulován u některých rakovin prsu , interaguje a je koexprimován s HDAC4 v tomto typu rakovinných buněk. Ukázalo se, že ve vzorcích zdravé tkáně močového měchýře byla u HDAC4-pozitivních vzorků významně nižší než ve vzorcích nádoru močového měchýře . Kromě toho je obsah HDAC4 v přechodných karcinomech močového měchýře významně vyšší než v normálních tkáních. HIFla je nezbytnou součástí transkripčního komplexu HIF-1, který reguluje angiogenezi , buněčný metabolismus a může být zodpovědný za rozvoj rakoviny. Acetylace HIFla je pozitivně regulována HDAC4 shRNA , ale ne HDAC1 nebo HDAC3 shRNA. Inhibice HDAC4 snižuje jak transkripční aktivitu HIF-1, tak expresi řady cílových genů HIF-1 a snižuje rezistenci vůči chemoterapii docetaxelem . Bylo zjištěno, že HDAC4 se může podílet na rozvoji osteosarkomu a rakoviny tlustého střeva . Taschinimod , lék indikovaný k léčbě nádorově rezistentního karcinomu prostaty , se váže přímo na HDAC4, čímž inhibuje deacetylaci histonů a transkripční faktory závislé na HDAC4, jako je HIF-1α [5] .
K dnešnímu dni je známo mnoho inhibitorů histondeacetylázy patřících do různých skupin sloučenin. Patří mezi ně hydroxamáty ( trichostatin A , vorinostat ), cyklické peptidy ( romidepsin , apicidin ), alifatické kyseliny ( butyrát , fenylbutyrát , kyselina valproová ), benzamid a jeho deriváty. Tyto inhibitory jsou nespecifické a inhibují všechny HDAC, nejen HDAC4. Jejich použití může být slibné v léčbě různých nádorových onemocnění [9] . Jsou také známy specifické inhibitory HDAC4, zejména trifluormethyl-1,2,4-oxidazolové deriváty. Tyto sloučeniny mohou být účinné při léčbě Huntingtonovy choroby, úbytku svalů a diabetu [10] .
Ukázalo se, že HDAC4 interaguje s:
| Protein | Komentář | Prameny |
|---|---|---|
| BCL6 | Může se vázat nejen na HDAC4, ale také na další HDAC související s třídou IIa: HDAC5 a HDAC7 | [jedenáct] |
| BTG2 | Může se také vázat na HDAC1 | [12] |
| GATA1 | HDAC inhibují tento protein. Spolupracuje také s HDAC3 a HDAC5 | [13] |
| HDAC3 | Společně jsou součástí komplexu represorů HDAC3-NCoR | [2] [14] [15] [16] |
| MAPK1 | Lokalizace HDAC4 závislá na signální dráze Ras-MAPK | [17] |
| MAPK3 | Lokalizace HDAC4 závislá na signální dráze Ras-MAPK | [17] |
| MEF2C | HDAC4 je inhibován | [osmnáct] |
| MEF2A | HDAC4 je inhibován | [18] [19] |
| NCOR1 | Společně jsou součástí komplexu represorů HDAC3-NCoR | [14] [20] |
| NCOR2 | Společně jsou součástí komplexu represorů HDAC3-NCoR | [14] [20] |