La histona desacetilasa 4 ( Histona desacetilasa 4, HDAC4 ) ( EC 3.5.1.98 ) es una proteína codificada en humanos por el gen HDAC4 [2] [3] ubicado en el segundo cromosoma . Como todas las enzimas del grupo de las histonas desacetilasas cercanas a las sirtuinas , la histona desacetilasa 4 cataliza la eliminación de los grupos acetilo de los residuos de lisina en la parte N-terminal de las histonas centrales ( H2A , H2B , H3 y H4 ), que cambia la estructura de la cromatina . La desacetilación de histonas es uno de los mecanismos de regulación transcripcional y epigenética , afecta el curso del ciclo celular y está involucrada en la regulación del desarrollo [4] . La función de HDAC4 está regulada por varias modificaciones e interacciones postraduccionales con una variedad de proteínas, a veces específicas de tejido. La interrupción de la función de HDAC4 conduce al desarrollo de muchas enfermedades, incluido el cáncer [5] , por lo que los inhibidores de HDAC4 pueden tener aplicaciones médicas importantes.
En humanos , el gen HDAC4 está ubicado en el segundo cromosoma (2q37.3) [4] , tiene una longitud de alrededor de 353,49 kilobases (kb), contiene 37 exones [6] y da lugar a 8980 transcritos de ARNm . En ratones, el gen homólogo Hdac4 tiene una longitud de aproximadamente 215,7 kb, está ubicado en el cromosoma 1 y da lugar a 3960 transcritos de ARNm. HDAC4 se expresa en varios tejidos y el nivel de expresión depende de la intensidad de varios estímulos. A pesar de la gran cantidad de procesos regulados por HDAC4 y los mecanismos únicos de regulación de la actividad de esta proteína, se sabe poco sobre los mecanismos de regulación de su expresión. Los factores de transcripción Sp1 y Sp3 se unen directamente a regiones ricas en GC consenso específicas en el promotor de HDAC4 e impulsan la transcripción de HDAC4 . HDAC4 no se expresa en los núcleos de las células madre embrionarias de ratón , sin embargo, al comienzo de la diferenciación celular , su nivel de expresión aumenta considerablemente [5] .
Se ha demostrado que varios microARN están involucrados en la regulación de la expresión de HDAC4 , incluidos miR-1, miR-29, miR-140, miR-155, miR-200a, miR-206 y miR-365, que actúan en las células. de diferentes tipos miR-200a se une directamente a la región 3' no traducida (3'-UTR) del ARNm de HDAC4 y reprime su expresión. miR-1 es específico para las células musculares y estimula la miogénesis actuando sobre la 3'-UTR del ARNm de HDAC4 y regulando negativamente la expresión de HDAC4 . La proteína mTOR controla la transcripción de miR-1 dependiente de MyoD a través de un potenciador aguas arriba , y la represión de HDAC4 mediada por miR-1 conduce a la de folistatina y la subsiguiente fusión de miocitos . La transfección transitoria de células progenitoras de cardiomiocitos con miR-1 y miR-499 redujo la tasa de proliferación y provocó una mayor diferenciación de células progenitoras de cardiomiocitos humanos y células madre embrionarias en cardiomiocitos a través de la represión de HDAC4 . Además, miR-22, regulado negativamente en el carcinoma hepatocelular , suprime la proliferación y la propensión tumoral a través de la regulación positiva de HDAC4 [5] .
Además, la sobreexpresión de miR-206 y miR-29 disminuyó la expresión de HDAC4 a nivel de traducción tanto en presencia como en ausencia del factor de crecimiento transformante beta (TGF-β) a través de la interacción con el 3'-UTR de HDAC4 . La expresión de miR-206 y miR-29 involucrada en la diferenciación de células musculares está regulada negativamente por TGF-β, por lo que el tratamiento de células miogénicas con TGF-β aumenta la expresión de HDAC4. miR-29b actúa como un regulador clave de la diferenciación de osteoblastos al actuar sobre las proteínas HDAC4, TGF-β3, ACVR2A, CTNNBIP1 y DUSP2. miR-140, que es específico para cartílago , actúa directamente sobre el 3'-UTR de HDAC4 . Los ratones que carecen de miR-140 tienen un fenotipo enano debido a un desarrollo deficiente de condrocitos . El miR-365 activado mecánicamente está asociado con la modulación de la diferenciación de condrocitos al actuar directamente sobre HDAC4 . En ratones transgénicos que tienen miR-155 humano, miR-155 actúa sobre HDAC4 y regula a la baja la transcripción del gen 6 del linfoma de células B en las células B. La expresión mejorada artificialmente de HDAC4 en células de linfoma de células B humanas redujo la proliferación inducida por miR-155 y mejoró la apoptosis . Todo esto atestigua el importante papel de los miARN que actúan específicamente sobre HDAC4 en la modulación de la respuesta celular y funciones biológicas de células de diferentes tipos en respuesta a diversos estímulos [5] .
El gen HDAC4 humano codifica proteínas con una longitud de 972 a 1084 residuos de aminoácidos, mientras que el homólogo de ratón Hdac4 codifica de 965 a 1076 residuos de aminoácidos. HDAC4 contiene un dominio regulador único en el extremo N que interactúa con varios factores de transcripción y un dominio catalítico que contiene zinc en el extremo C. El análisis de la estructura cristalina muestra que se requiere un dominio de unión al zinc adecuadamente plegado para la formación del complejo represor. La región N-terminal del monómero HDAC4 está conservada y contiene un dominio rico en glutamina (19 de 68 residuos de glutamina), que encaja en una hélice alfa recta involucrada en el ensamblaje del tetrámero de histona desacetilasa 4. El tetrámero HDAC4 no tienen residuos de aminoácidos no polares ordenados regularmente y un núcleo hidrofóbico extendido . En cambio, la interacción entre las subunidades la proporcionan muchas islas hidrofóbicas ubicadas dentro de las regiones con residuos de aminoácidos polares, y las regiones ricas en glutamina participan en el plegamiento de las hélices alfa monoméricas y su interacción entre sí [7] . El dominio de unión a zinc C-terminal juega un papel clave en el reconocimiento del sustrato y la unión de HDAC4 al complejo represor HDAC3-NCoR. Un análisis detallado de la estructura cristalina mostró que se puede formar un enlace disulfuro intermolecular entre la cisteína 669 ubicada en el dominio de unión al zinc y la cisteína 700 de la molécula vecina [5] .
Las modificaciones postraduccionales de HDAC4 pueden cambiar su localización intracelular y la composición de las proteínas que interactúan con él. Es bien sabido que una de las funciones clave de HDAC4 es la represión de la transcripción del gen diana a través de la regulación de la condensación y la estructura de la cromatina. Estudios recientes han demostrado el papel crítico de las modificaciones postraduccionales en el control de las respuestas celulares que involucran HDAC4. Se ha demostrado que HDAC4 puede ser fosforilado, sumoilado, carbonilado, ubiquitinado y escindido por varias enzimas [5] .
FosforilaciónLa fosforilación /desfosforilación proporciona una represión rápida y eficaz de las histonas desacetilasas (HDAC) de clase IIa, a las que pertenece HDAC4. La fosforilación reversible es un mecanismo regulador requerido para la función HDAC4. HDAC4 interactúa con la familia de proteínas 14-3-3 que se unen específicamente a motivos conservados que contienen fosfoserina . La fosforilación de estos residuos de serina crea sitios de unión para la chaperona de la familia 14-3-3 , que acompaña a la HDAC4 fosforilada durante el transporte desde el núcleo al citoplasma . HDAC4 puede ser fosforilado por las siguientes proteínas: CaMK , ERK1/2 , proteína quinasa A (PKA) y GSK3 [5] .
La estimulación de CaMK desencadena la miogénesis mediante la destrucción de los complejos MEF2 -HDAC y la posterior exportación de HDAC desde el núcleo. CaMKII específicamente a HDAC4 a través de un sitio de acoplamiento único . La fosforilación de HDAC4 en los residuos de serina S246, S467 y S632 por CaMKII mejora la exportación nuclear y evita la importación nuclear de HDAC4, seguida de la represión de los genes diana de HDAC4. La transducción de señales a través de CaMKII endógeno es necesaria para la acumulación de HDAC4 inducida por agonistas en el citosol de los cardiomiocitos. Sin embargo, la PKA fosforila HDAC4 y regula la proteólisis de HDAC4 en la tirosina 207, y también antagoniza la activación de MEF2 mediada por CaMKII al regular la proteólisis de HDAC4. El producto de escisión de HDAC4, que incluye el N-terminal de la primera proteína, inhibe selectivamente la actividad de MEF2, pero no la del factor de respuesta sérica (SRF), actuando como antagonista de CaMKII, pero sin afectar la supervivencia de los cardiomiocitos. La activación de la vía de señalización Ras - MAPK durante la expresión de la proteína Ras oncogénica o en el caso de MAPK/ERK quinasa 1 constitutivamente activa provoca la acumulación de HDAC4 en el núcleo del mioblasto. GSK3 puede fosforilar HDAC4 en las posiciones 298 y 302, lo que da como resultado la degradación del proteasoma de HDAC4 ; por lo tanto, esta proteína actúa como un importante regulador de la estabilidad de HDAC4 [5] .
Del mismo modo, las enzimas desfosforilantes, las proteínas fosfatasas , juegan un papel importante en la regulación de HDAC4 . En condiciones in vitro , HDAC4 es desfosforilado por PP2A , que primero interactúa con el extremo N-terminal de HDAC4 y luego lo desfosforila. Al regular la desfosforilación de HDAC4 en varios residuos de serina, incluidos los incluidos en el sitio de unión a proteínas 14-3-3, así como el residuo de serina 298, PP2A controla la importación nuclear de HDAC4 [5] .
CarbonilaciónLa carbonilación , o alquilación, es una modificación postraduccional característica en células sometidas a estrés oxidativo . La carbonilación es la unión covalente de un grupo carbonilo activo al grupo tiol de los residuos de cisteína en una proteína sustrato. En respuesta a estímulos que inducen la formación de especies reactivas de oxígeno en la célula, los residuos de cisteína 274 y 276 en la proteína DnaJb5, y 667 y 669 en HDAC4, se oxidan y forman enlaces disulfuro intramoleculares, que luego pueden ser reducidos por la tiorredoxina . - 1. La reducción de los residuos de cisteína 274 y 276 de la proteína DnaJb5 es necesaria para la interacción de DnaJb5 y HDAC4, y la reducción de los residuos de cisteína 667 y 669 de HDAC4 suprime su exportación nuclear, independientemente del grado de fosforilación [5 ] .
SumoliendoLa sumoilación es la unión covalente de proteínas del grupo SUMO a residuos de proteína lisina . Al igual que con la ubiquitinación , la unión de las proteínas SUMO ( SUMO1 , SUMO2 y SUMO3 ) a los residuos de lisina en las proteínas sustrato desempeña un papel fundamental en la modulación de la actividad y la degradación de estas proteínas. Se ha demostrado que HDAC4 es reconocido por SUMO1 en un único residuo de lisina (lisina-559), en el que se produce la sumoilación. Lo lleva a cabo la proteína ligasa RANBP2 de E3 SUMO y no afecta a la distribución intracelular de HDAC4, así como a su interacción con algunas de las proteínas con las que interactúa normalmente. Sin embargo, HDAC4 con una mutación en la posición 559 funciona significativamente peor y reprime la transcripción de genes diana en comparación con el tipo salvaje . La sumoilación de HDAC4 es impedida por su fosforilación de CaMK4 [5] .
UbiquitinaciónPor lo general, la poliubiquitinación dirige las proteínas para que sean degradadas por el proteasoma, mientras que la monoubiquitinación puede tener varios efectos biológicos. La ubiquitinación y la degradación proteasomal de HDAC4 están reguladas por la fosforilación de GSK3β , pero el mecanismo y la importancia biológica de la ubiquitinación de HDAC4 aún no se han dilucidado [5] .
ProteólisisEl movimiento de HDAC4 entre el núcleo y el citoplasma también está influenciado por la proteólisis, que ocurre durante la apoptosis. HDAC4 es escindido por caspasa-2 y -3 en el aspartato 289. El fragmento N-terminal de HDAC4 escindido por caspasas contiene una señal de localización nuclear y se acumula en el núcleo, reprimiendo la transcripción y provocando la muerte celular, y también actuando como un fuerte represor de MEF2C. En comparación con otras formas nucleares de HDAC4, el fragmento nuclear cortado con caspasa induce la muerte celular y tiene un potente efecto inhibidor sobre la transcripción dependiente de Runx2 o SRF a pesar de no contener el dominio de unión al zinc C-terminal necesario para el reconocimiento del sustrato y unión al complejo correpresor HDAC3 -N- CoR . El fragmento creado por las caspasas se une débilmente a la cromatina , mientras que HDAC4, mutante en el sitio de unión 14-3-3, forma complejos más estables con la proteína HDAC5 [5] .
Las histonas juegan un papel fundamental en la regulación de la expresión génica. La acetilación/desacetilación de histonas altera la estructura de la cromatina y afecta el acceso de los factores de transcripción al ADN . HDAC4 pertenece a la clase II de la familia histona desacetilasa/acuc/apha. Tiene actividad de histona desacetilasa e inhibe la transcripción al unirse a un promotor. Esta proteína no se une al ADN directamente, sino únicamente a través de los factores de transcripción MEF2C y MEF2D . Al igual que con todas las histonas desacetilasas, HDAC4 requiere iones Zn 2+ [4] [8] para funcionar .
Como se discutió anteriormente, la expresión del gen HDAC4 se puede regular a nivel transcripcional y postranscripcional (mediante microARN y regulación de la estabilidad del ARNm), así como a nivel de la estabilidad de la proteína (degradación por proteasas). HDAC4 viaja entre el núcleo y el citoplasma y también actúa como un correpresor nuclear que regula el desarrollo óseo y muscular. La actividad de HDAC4 está regulada por dos mecanismos principales: la localización intracelular y la formación de complejos multiproteicos con otras proteínas [5] .
Como se discutió anteriormente, el movimiento de HDAC4 entre el núcleo y el citoplasma puede regularse mediante modificaciones postraduccionales. La translocación de HDAC4 también se regula a través de la interacción con el factor de transporte exportin 1 , también conocido como CRM1 , que controla la exportación nuclear de proteínas celulares que tienen una señal de exportación nuclear enriquecida con leucina (NES). Además, la nucleoporina 155 (Nup155), un componente principal del complejo del poro nuclear (NPC), participa en el movimiento de proteínas entre el citoplasma y el núcleo. Se cree que HDAC4 funciona como un correpresor transcripcional mediante la desacetilación de histonas nucleosómicas . Dado que las histonas desacetilasas no interactúan directamente con el ADN, actualmente se cree que su reclutamiento a promotores específicos está mediado por proteínas de unión al ADN que reconocen ciertas secuencias de nucleótidos en el ADN. HDAC4 también interactúa con varias proteínas, por ejemplo, HP1 , histona metiltransferasa , varios factores de transcripción, lo que determina las funciones de esta proteína en varios tejidos ( consulte a continuación una lista de proteínas con las que HDAC4 interactúa ). Existe amplia evidencia de que las histonas desacetilasas, incluida la HDAC4, desacetilan no solo las histonas, sino también otras proteínas, incluidos varios factores de transcripción, que pueden servir como un mecanismo regulador de las vías de señalización biológica. Las funciones citoplásmicas de HDAC4 se comprenden bien y se describen a continuación [5] .
HDAC4 desacetila las proteínas histonas y no histonas al eliminar los grupos acetilo de los sustratos con un dominio catalítico que contiene zinc. La acetilación reversible en los residuos de lisina N-terminal de la histona 3 (posiciones 9, 14, 18 y 23) y la histona 4 (posiciones 5, 8, 12 y 16) provoca la descondensación de los nucleosomas, altera la interacción de las histonas con el ADN, y aumenta la accesibilidad del ADN para los factores de transcripción. El estado de acetilación de las histonas está controlado por dos grupos de proteínas opuestas: las histonas acetiltransferasas (HAT), que acetilan las histonas, y las histonas desacetilasas, que las desacetilan. A diferencia de HDAC6, HDAC4 y HDAC5 interactúan con HDAC3 y RbAp48. El dominio catalítico HDAC tiende a formar un complejo multiproteico con el complejo correpresor SMRT-NCoR-HDAC3. Se requiere la integridad del dominio catalítico HDAC4 para reclutar el complejo correpresor HDAC3-N-CoR y su actividad desacetilasa adicional. Como desacetilasa, HDAC4 es inactiva en ausencia de unión a HDAC3 [5] .
La proteína Runx2 sirve como el objetivo principal de la vía de señalización de BMP . La vía de señalización de BMP-2 estimula la acetilación de Runx2 mediada por p300 . Esta modificación aumenta la actividad de Runx2 e inhibe la degradación de Runx2 mediada por Smurf1 . HDAC4 y HDAC5 desacetilan Runx2, lo que permite que esta proteína sufra una degradación mediada por Smurf. La inhibición de HDAC aumenta la acetilación de Runx2, mejora la diferenciación de osteoblastos estimulada por la señalización de BMP-2 y aumenta la formación de hueso. Estudios recientes han demostrado que HDAC4 puede desacetilar proteínas citoplasmáticas como HIF-1α , MEKK2 y STAT1 [5] .
La acetilación y metilación de histonas son las marcas epigenéticas más estudiadas . La trimetilación en las posiciones H3K4, H3K36 o H3K79 hace que la cromatina asuma la forma activa característica de la eucromatina . La eucromatina también se caracteriza por un alto grado de acetilación de histonas. Por lo tanto, las HDAC pueden eliminar las marcas epigenéticas al reprimir la transcripción. La H3K9 metilada crea un sitio de unión para la proteína HP1 que contiene el cromodominio , lo que induce la represión transcripcional y la transición de la eucromatina a la heterocromatina . HDAC4 participa en la regulación de genes epigenéticos a través de la interacción con H3K9 metiltransferasa SUV39H1 y HP1, lo que proporciona un mecanismo eficaz para silenciar genes diana de MEF2 mediante desacetilación y metilación. La desmetilación de H3K9 está estrechamente relacionada con el movimiento de HDAC4 entre el citoplasma y el núcleo. La trimetilación de H3K9 en condiciones de estrés en el promotor de la 5' - acetilcolinesterasa (AChE) es especialmente significativa, y la acumulación de tal marca de histona está asociada con el reclutamiento de SUV39H1 y HP1 para el promotor (AChE) [5] .
Además, HDAC4 regula negativamente el factor de transcripción MEF2 a través de la interacción con la enzima de conjugación SUMO E2 Ubc9. La sobreexpresión de HDAC4 dio como resultado una sumoilación excesiva de MEF2 in vivo . HDAC4 estimula la sumoilación de MEF2 en el mismo residuo de lisina que acetila el coactivador de MEF2, la acetiltransferasa CREBBP , por lo que es posible que la acetilación y la sumoilación de MEF2 interactúen para regular su actividad. Sin embargo, este modelo es objeto de controversia y se necesitan más experimentos para determinar si HDAC4 sumoila directamente MEF2 o si recluta la enzima conjugadora SUMO E2 [5] .
HDAC4 realiza funciones esenciales en la regulación de la transcripción de genes, el crecimiento celular, la proliferación y la supervivencia, por lo tanto, las alteraciones en la expresión o función de esta proteína conducen al desarrollo de cáncer [5] .
HDAC4, expresado en condrocitos prehipertróficos, regula la hipertrofia de condrocitos y la formación de hueso endoclonal al interactuar e inhibir la actividad de Runx2, un factor de transcripción necesario para la hipertrofia de condrocitos . Los ratones knockout para HDAC4 prematura de los huesos en desarrollo debido a una hipertrofia ectópica prematura de condrocitos; un fenotipo similar aparece en individuos en cuyos condrocitos Runx2 se expresa constantemente. Runx2 puede ser acetilado por la proteína p300, y la forma acetilada de Runx2 previene la ubiquitinación de proteínas. HDAC4 y HDAC5 desempeñan funciones opuestas, desacetilan Runx2 y permiten que las proteínas se degraden en una vía dependiente de Smurf. TGF-β suprime la diferenciación de osteoblastos al actuar sobre HDAC4 y HDAC5, que en la diferenciación de osteoblastos se reclutan en el complejo Smad3/Runx2 ubicado en la secuencia de ADN de unión a Runx2 a través de la interacción con Smad3 La sobreexpresión de HDAC4 estimula la condrogénesis inducida por TGF-β1 en las células madre sinoviales , pero suprime la hipertrofia en los condrocitos diferenciados de ellas [5] .
La primera etapa de la miogénesis implica la formación de mioblastos que expresan un conjunto específico de factores de transcripción, incluido MEF2C. En ratones que carecen de MEF2C, se observan anomalías en la morfogénesis cardíaca y el desarrollo del organismo se detiene en la etapa de formación de bucles en el desarrollo del corazón. HDAC4 se une directamente a MEF2, inhibiendo su funcionamiento, y regula la diferenciación de las células del mesodermo en cardiomioblastos al suprimir la expresión de GATA4 y Nkx2-5 . El tratamiento con inhibidores de HDAC provoca la especificación de células del mesodermo en futuros cardiomiocitos, lo que puede juzgarse por un aumento en el contenido de Nkx2-5, MEF2C, GATA4 y transcritos de α- actina cardíaca en ellos . Por tanto, las HDAC inhiben la diferenciación de las células mesodérmicas en cardiomiocitos. La sobreexpresión de HDAC4 suprime la cardiomiogénesis, como lo demuestra una disminución en el nivel de expresión de los genes responsables del desarrollo de los cardiomiocitos [5] .
Se ha demostrado que, durante la diferenciación de las células musculares, HDAC4 controla la represión génica al reclutar MEF2 para los promotores de los genes reprimidos. La represión transcripcional del complejo MEF-2/HDAC se debe a la translocación inducida por CaMK de HDAC4 y HDAC5 al citoplasma. En los corazones de ratones transgénicos que sobreexpresan CaMKIV activo , se observó hipertrofia cardíaca con un aumento en el contenido de algunas transcripciones embrionarias , por ejemplo, factor natriurético auricular , y un aumento significativo en la actividad de MEF2C [5] .
Todas las contracciones del músculo esquelético están controladas por el sistema nervioso . HDAC4 normalmente se acumula en las uniones neuromusculares . La pérdida de inervación provoca una acumulación concomitante de HDAC4 en el núcleo de la célula muscular y una disminución en la expresión de genes regulados por MEF2. En la denervación quirúrgica o en el caso de la enfermedad neuromuscular esclerosis lateral amiotrófica , se requieren niveles elevados de HDAC4 para la represión eficaz de los genes estructurales dependientes de MEF2. El aumento de la expresión de HDAC4 tiene un efecto similar a la denervación y activa la transcripción del receptor ectópico de acetilcolina ( nAChR ) en toda la fibra muscular. La inactivación de HDAC4 previene la transcripción inducida por la denervación de los receptores sinápticos nAChR y MUSK . HDAC4 es especialmente abundante en los núcleos de las fibras musculares esqueléticas de oxidación rápida, y la desactivación de HDAC4 mejora la glucólisis en los miotubos [5] .
HDAC4 está presente en la región perinuclear del citoplasma de la mayoría de las neuronas , pero su localización en el núcleo varía. En el giro dentado no se observa expresión nuclear de HDAC4, mientras que núcleos de neuronas de otras zonas contienen HDAC4. Normalmente, HDAC4 se localiza en el citoplasma de neuronas cerebrales y neuronas granulares cerebelosas cultivadas . HDAC4 se transporta rápidamente al núcleo en respuesta a niveles bajos de potasio y niveles peligrosos de glutamato , que inducen la muerte de las neuronas. El tratamiento con factor de supervivencia neuronal BDNF impide la localización nuclear de HDAC4, mientras que el inhibidor CaMK, que estimula la apoptosis, promueve la acumulación de HDAC4 en el núcleo. Además, la expresión ectópica de HDAC4 localizado en el núcleo estimula la apoptosis neuronal y suprime el funcionamiento de las proteínas MEF2 y CREB como factores de transcripción. Las histonas desacetilasas juegan un papel importante en la supervivencia neuronal y el desarrollo de fotorreceptores . El complejo de transcripción MEF2-HDAC4 está involucrado en la supervivencia neuronal y es el objetivo de la ataxina-1 . La localización intracelular de HDAC está determinada por la actividad de la neurona. Se requiere actividad eléctrica espontánea para la exportación nuclear de HDAC4 pero no de HDAC5 [5] .
Se ha demostrado que HDAC4, HDAC5 y HDAC9 (HDAC Clase IIa) exhiben una expresión sorprendentemente limitada de células β y δ endocrinas pancreáticas . Estas HDAC son reguladores clave de las células β/δ pancreáticas. Un análisis de ratones mutantes HDAC clase IIa mostró que las células β productoras de insulina están aumentadas en ratones knockout HDAC5 y HDAC9, y las células δ productoras de somatostatina en ratones knockout HDAC4 y HDAC5. La sobreexpresión de HDAC4 y HDAC5 condujo a una disminución en el número de células β y δ [5] .
La hipertrofia cardíaca es la respuesta del corazón a diversos estímulos externos e internos que conducen a un estrés biomecánico. Muchas enfermedades cardiovasculares , incluido el infarto de miocardio , la hipertensión arterial y varios cambios en la contractilidad del corazón, son causadas por mutaciones en las proteínas sarcoméricas , y estas mutaciones hacen que el corazón adulto aumente de tamaño debido al crecimiento hipertrófico de los cardiomiocitos. En los cardiomiocitos, la fosforilación de HDAC4 dependiente de CaMKII conduce a un crecimiento hipertrófico, que puede bloquearse cuando HDAC4 no responde a ninguna señal. Los estudios de ratones que carecen de miR-22 han demostrado que se requiere miR-22 para el crecimiento hipertrófico del corazón en respuesta al estrés, y HDAC4 y Sirt1 son objetivos directos de este miARN [5] .
Además, HDAC4 participa en la regulación de la contracción de miofilamentos mediante la regulación de la desacetilación de MLP. HDAC4, HAT y el factor asociado a p300/CREBBP ( PCAF ) están asociados con miofilamentos cardíacos. HDAC4 y PCAF están asociados con los discos Z y las bandas I y A de los sarcómeros cardíacos. MLP, una proteína asociada al disco Z, funciona como un sensor de tensión mecánica del corazón y, en su forma acetilada, es un objetivo de HDAC4 y PCAF [5] .
La enfermedad de Huntington (EH) es una enfermedad genética neurodegenerativa en la que se altera la coordinación muscular, se produce deterioro cognitivo y problemas psiquiátricos . Se ha demostrado que, en el caso de la EH, miR-22 puede tener un efecto antineurodegenerativo multifacético, incluida la inhibición de la apoptosis y efectos sobre los genes (incluidos HDAC4, RCOR1 y Rgs2 ) implicados en el desarrollo de la EH [5]. ] .
La subexpresión de HDAC4 durante el desarrollo de la retina conduce a la apoptosis de los bastones y las interneuronas bipolares (BP), mientras que la sobreexpresión reduce el número de células BP que mueren en comparación con la norma. Además, en ratones con degeneración retiniana, la sobreexpresión de HDAC4 prolongó la vida útil de los fotorreceptores. El efecto de supervivencia se debió a la actividad de HDAC4 en el citoplasma [5] .
Los defectos de HDAC4 pueden causar el síndrome de braquidactilia con retraso mental. Las manifestaciones físicas de este síndrome se asemejan a las de la osteodistrofia hereditaria de Albright . Entre estos síntomas se encuentran trastornos faciales leves, defectos cardíacos congénitos , braquidactilia tipo E, retraso mental, retraso en el desarrollo, ataques epilépticos trastornos del espectro autista , complexión robusta. Un estudio de 278 pacientes con esquizofrenia y 234 controles sanos de una población coreana , el análisis de polimorfismos de un solo nucleótido mostró que el gen HDAC4 está asociado con el desarrollo de la esquizofrenia. La ataxia-telangiectasia es una enfermedad neurodegenerativa causada por una mutación en el gen Atm . En ratones defectuosos en este gen, la acumulación de HDAC4 en el núcleo condujo a la neurodegeneración [5] .
En algunos casos de leucemia aguda , una translocación cromosómica que conduce a la fusión del gen PLZF que codifica la proteína PLZF con el gen que codifica el receptor de ácido retinoico RARα da lugar a la proteína quimérica PLZF-RARα, que se cree que reprime constitutivamente los genes responsables de la diferenciación. Se encontró que HDAC4 interactúa con la proteína leucémica PLZF-RARα y controla la represión de genes de diferenciación en células leucémicas. La supresión de la actividad de HDAC por inhibidores de HDAC en estudios clínicos y básicos ha demostrado el beneficio potencial de HDAC en el tratamiento del cáncer. La proteína BCL6 es responsable de la supervivencia y/o diferenciación en el linfoma de células B debido a reordenamientos cromosómicos. HDAC4 se une a BCL6 y PLZF in vivo e in vitro y controla la represión transcripcional a través de ellos. Se ha demostrado que el microARN miR-155, que se sobreexpresa con mayor frecuencia en tumores y enfermedades hematológicas malignas, puede unirse directamente a la 3'-UTR de HDAC4 y suprimir su traducción. La expresión ectópica de HDAC4 en células de linfoma de células B humanas provocó una disminución de la proliferación inducida por miR-155 y un aumento de la apoptosis [5] .
La mayor expresión de HDAC4 se observa en la parte proliferativa del epitelio normal del intestino delgado y grueso , y su expresión disminuye durante la diferenciación. HDAC4 interactúa con Sp1 y elimina los grupos acetilo de la histona H3 en el sitio de unión de Sp1/Sp3 en el promotor proximal de la proteína p21 , reprimiendo la transcripción. La inducción de este promotor mediante el silenciamiento de HDAC4 detuvo el crecimiento de células cancerosas y suprimió el crecimiento tumoral en un modelo de glioblastoma humano . El supresor de tumores ligado al cromosoma X FOXP3 es necesario para la expresión de p21 en el epitelio normal, y la falta de FOXP3 da como resultado la regulación a la baja de p21, lo que ocurre en algunos casos de cáncer de mama . FOXP3 se inhibe específicamente por la unión de HDAC4 y un aumento local en la acetilación de histonas H3. En el carcinoma hepatocelular, HDAC4 está directamente regulado por miR-22. Además, en tejido de carcinoma hepatocelular, regulado a la baja por miR-22, los niveles de HDAC4 aumentaron. Además, en las células de este tumor, HDAC4 también es el objetivo de miR-200a [5] .
En el cáncer de ovario se suele observar resistencia a la quimioterapia con platino , y se ha demostrado que en los tumores resistentes hay una expresión aumentada de HDAC4. PLU-1/ JARID1B , que se regula positivamente en algunos cánceres de mama , interactúa y se coexpresa con HDAC4 en este tipo de células cancerosas. Se demostró que en muestras de tejido de vejiga sana para muestras positivas para HDAC4 fue significativamente menor que en muestras de tumor de vejiga . Además, el contenido de HDAC4 en los carcinomas vesicales de transición es significativamente mayor que en los tejidos normales. HIF1α es una parte necesaria del complejo de transcripción HIF-1 que regula la angiogénesis , el metabolismo celular y puede ser responsable del desarrollo del cáncer. La acetilación de HIF1α está regulada positivamente por el shRNA de HDAC4 , pero no por el shRNA de HDAC1 o HDAC3. La inhibición de HDAC4 reduce tanto la actividad transcripcional de HIF-1 como la expresión de varios genes diana de HIF-1 y reduce la resistencia a la quimioterapia con docetaxel . Se ha establecido que HDAC4 puede estar involucrado en el desarrollo de osteosarcoma y cáncer de colon . Taschinimod , un fármaco indicado para el tratamiento del cáncer de próstata resistente a tumores , se une directamente a HDAC4, inhibiendo así la desacetilación de histonas y factores de transcripción dependientes de HDAC4, como HIF-1α [5] .
Hasta la fecha, se conocen muchos inhibidores de la histona desacetilasa pertenecientes a varios grupos de compuestos. Entre ellos se encuentran los hidroxamatos ( tricostatina A , vorinostat ), péptidos cíclicos ( romidepsina , apicidina ), ácidos alifáticos ( butirato , fenilbutirato , ácido valproico ), benzamida y sus derivados. Estos inhibidores no son específicos e inhiben todas las HDAC, no solo la HDAC4. Su uso puede ser prometedor en el tratamiento de varios tipos de cáncer [9] . También se conocen inhibidores específicos de HDAC4, en particular derivados de trifluorometil-1,2,4-oxidazol. Estos compuestos pueden ser efectivos en el tratamiento de la enfermedad de Huntington, el desgaste muscular y la diabetes [10] .
Se ha demostrado que HDAC4 interactúa con:
| Proteína | Comentario | Fuentes |
|---|---|---|
| BCL6 | Puede unirse no solo a HDAC4, sino también a otros HDAC relacionados con la clase IIa: HDAC5 y HDAC7 | [once] |
| BTG2 | También puede unirse a HDAC1 | [12] |
| GATA1 | Las HDAC inhiben esta proteína. También interactúa con HDAC3 y HDAC5 | [13] |
| HDAC3 | Juntos forman parte del complejo represor HDAC3-NCoR | [2] [14] [15] [16] |
| MAPK1 | Localización de HDAC4 dependiente de la vía de señalización Ras-MAPK | [17] |
| MAPK3 | Localización de HDAC4 dependiente de la vía de señalización Ras-MAPK | [17] |
| MEF2C | HDAC4 está inhibido | [Dieciocho] |
| MEF2A | HDAC4 está inhibido | [18] [19] |
| NCOR1 | Juntos forman parte del complejo represor HDAC3-NCoR | [14] [20] |
| NCOR2 | Juntos forman parte del complejo represor HDAC3-NCoR | [14] [20] |