HDAC6의 약리학적 억제는 디스트로핀의 근육 표현형을 개선합니다

Nature Communications 13권, 기사 번호: 7108(2022) 이 기사 인용

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Duchenne 근이영양증에서 디스트로핀이 없으면 디스트로핀 관련 당단백질 복합체가 파괴되어 골격근 섬유 취약성 및 위축이 발생하고 섬유증은 물론 미세소관 및 신경근 접합부 해체와 관련됩니다. 특이적이고 비전통적인 세포질 히스톤 데아세틸라제 6(HDAC6)은 최근 아세틸콜린 수용체 분포와 근육 위축을 조절하는 것으로 나타났습니다. 여기에서 우리는 Duchenne 근이영양증, mdx 마우스 모델에 HDAC6 선택적 억제제인 튜바스타틴 A를 투여하면 근력이 증가하고 미세소관, 신경근 접합 및 디스트로핀 관련 당단백질 복합체 조직이 개선되고 근육 위축 및 섬유증이 감소한다는 사실을 보고합니다. 흥미롭게도 우리는 HDAC6 억제의 유익한 효과가 성장 인자 베타 신호 전달의 하향 조절과 관련이 있음을 발견했습니다. 세포질에서 Smad3 아세틸화를 증가시킴으로써 HDAC6 억제는 Smad2/3 인산화, 핵 전위 및 전사 활성을 감소시킵니다. 이러한 발견은 Smad3가 HDAC6의 새로운 표적이라는 생체 내 증거를 제공하며 HDAC6이 Duchenne 근이영양증의 잠재적인 치료 표적과 관련이 있음을 시사합니다.

뒤시엔 근이영양증(DMD)은 전 세계 신생아 남성 3,500명 중 약 1명에게 영향을 미치는 X-연관 신경근 열성 장애로, 근이영양증의 가장 흔하고 치명적인 형태입니다1,2. DMD 환자는 3~4세에 첫 임상 증상이 나타나며 7~13세 사이에는 휠체어에 의존하게 됩니다. DMD가 있는 많은 남아의 경우 스테로이드 치료를 조기에 시작하면 보행 기간이 연장될 수 있습니다. 질병의 말기 단계는 환자가 20세까지 보조 환기가 필요할 때 시작되며 환자는 일반적으로 호흡 또는 심부전으로 인해 30대 또는 40대에 사망합니다3,4,5,6,7. DMD는 비기능성 디스트로핀의 합성 또는 전혀 존재하지 않는 디스트로핀 유전자의 돌연변이로 인해 발생합니다. 디스트로핀은 근육에 있는 디스트로핀 관련 당단백질 복합체(DGC)의 중요한 구성 요소입니다8. DGC는 육종에 걸쳐 있으며 디스트로핀과 액틴 및 미세소관 세포골격의 결합 및 디스트로글리칸과 기저판의 라미닌 결합을 통해 내부 세포골격과 세포외 기질 사이의 기계적 연결을 형성하는 구조입니다9,10. 근육 수축 중에 DGC는 분자 충격 흡수 장치 역할을 하며 원형질막을 안정화시킵니다. 디스트로핀의 손실은 DGC의 손실과 연관되어 있으며 근육 악화 및 변성을 초래하여 DGC가 그 기능을 발휘하는 것을 방해합니다. 이로 인해 근육 섬유는 수축으로 인한 막 손상에 더 취약해지며 세포 사멸로 이어집니다. 이러한 병리학적 과정은 근육 소모 및 기능 상실에 관여하는 염증 및 섬유증을 동반합니다17,18,19,20,21.

엄청난 연구 노력에도 불구하고 DMD 환자에 대한 치료법은 아직 없습니다. 엑손 스키핑(exon skipping), 정지 코돈 억제, AAV(Adeno-associated virus) 매개 미니 디스트로핀 전달 또는 CRISPR/Cas9 유전자 편집과 같은 유전자 기반 치료 전략이 DMD를 치료하기 위해 적극적으로 연구되고 있습니다22,23. 병행하여 약리학적 치료법도 개발되고 있습니다24,25,26,27. 이러한 접근법은 유트로핀 A28,29,30의 상향 조절을 유발할 수 있는 것을 포함하여 특정 신호 전달 경로 및 세포 사건에 작용합니다. 그럼에도 불구하고, 글루코코르티코이드는 여전히 최적의 표준 치료법으로 사용되며 주로 항염증제로 작용합니다31. 스테로이드와 다학제적 치료, 특히 기계적 환기의 사용으로 DMD 환자의 기대 수명이 상당히 연장되었으며 영향을 받는 환자의 연령은 이제 30~40세에 도달할 수 있습니다.

0.05). Together, these data indicate that intraperitoneal injection of TubA efficiently and specifically inhibits HDAC6 deacetylase activity in muscle./p> 0.05; Mann–Whitney U test. kDa, relative molecular weight in kiloDalton./p>

0.05; Mann–Whitney U test. kDa, relative molecular weight in kiloDalton./p> 0.05; Supplementary Figure 2b). Nevertheless, TubA efficiently prevented the formation of areas with high collagen content in mdx EDL muscle. Altogether, these data show that HDAC6 inhibition in dystrophic muscle reduces central nucleation, normalizes fiber size distribution, decreases the proportion of small fibers, and prevents fibrosis./p> 0.05 compared with mdx-veh mice; Fig. 1d). In healthy muscle, the microtubule network forms a grid lattice with longitudinal, transverse, and perinuclear microtubules78,79,80. Here, in WT-CTL mice, we observed that transverse and longitudinal microtubules are regularly spaced by ∼2 µm and ∼5 µm, respectively (see arrowheads Fig. 3a, and Supplementary Fig. 3c–e). In mdx muscles, immunofluorescence experiments show a disorganization of the microtubule network, with a loss of the grid-like organization (see arrows Fig. 3a). Interestingly, in mdx mice treated with TubA the microtubule lattice was restored (see the spacing between microtubules in the blue and yellow line scans and Supplementary Fig. 3c–e). We further analyzed the microtubule network with a software specifically developed to analyze microtubule directionality81 (TeDT program; Fig. 3b). TeDT program analysis revealed a significant decrease of transversely oriented microtubules (centered around 90°) in vehicle-treated mdx muscles compared to WT and to TubA-treated mdx mice (P < 0.05 compared with mdx-veh mice). These data show that TubA treatment improves the organization of the microtubule network in mdx muscles. In agreement with previous work57,82, this further demonstrates that microtubule acetylation via HDAC6 inhibition stabilizes microtubules and favors their transverse orientation./p> 0.05; Mann–Whitney U test. kDa, relative molecular weight in kiloDalton./p> 0.05. kDa, relative molecular weight in kiloDalton./p>

0.05; Fig. 5l). This increase in Smad3 acetylation was paralleled by a 55% ± 4% decrease of Smad3 phosphorylation on Ser432-425 (P < 0.05; Fig. 5m). In mdx mice, TubA treatment had a tendency to increase the total level of Smad2/3 compared to mdx-veh animal. However, this increase was not statistically significant (P = 0.0571; Fig. 5n). The effect of TubA on Smad4 and Smad7 levels was also evaluated, and no difference was observed with controls (Supplementary Fig. 5e–h)./p>