Фармакологическое ингибирование HDAC6 улучшает мышечные фенотипы дистрофина.

Nature Communications, том 13, номер статьи: 7108 (2022) Цитировать эту статью

3505 Доступов

1 Цитаты

12 Альтметрика

Подробности о метриках

Отсутствие дистрофина при мышечной дистрофии Дюшенна нарушает гликопротеиновый комплекс, связанный с дистрофином, что приводит к ломкости и атрофии скелетных мышечных волокон, что связано с фиброзом, а также дезорганизацией микротрубочек и нервно-мышечных соединений. Недавно было показано, что специфическая нетрадиционная цитоплазматическая деацетилаза гистонов 6 (HDAC6) регулирует распределение рецепторов ацетилхолина и мышечную атрофию. Здесь мы сообщаем, что введение селективного ингибитора HDAC6 тубастатина А при мышечной дистрофии Дюшенна на мышиной модели mdx увеличивает мышечную силу, улучшает микротрубочки, нервно-мышечные соединения и организацию дистрофин-ассоциированного гликопротеинового комплекса, а также уменьшает мышечную атрофию и фиброз. Интересно, что мы обнаружили, что положительные эффекты ингибирования HDAC6 включают подавление передачи сигналов трансформирующего фактора роста бета. Увеличивая ацетилирование Smad3 в цитоплазме, ингибирование HDAC6 снижает фосфорилирование Smad2/3, ядерную транслокацию и транскрипционную активность. Эти результаты предоставляют in vivo доказательства того, что Smad3 является новой мишенью HDAC6, и указывают на то, что HDAC6 является потенциальной терапевтической мишенью при мышечной дистрофии Дюшенна.

Мышечная дистрофия Дюшенна (МДД) представляет собой Х-сцепленное нервно-мышечное рецессивное заболевание, поражающее примерно 1 из 3500 новорожденных мальчиков во всем мире, и является наиболее распространенной и смертельной формой мышечной дистрофии1,2. У пациентов с МДД первые клинические симптомы проявляются в возрасте от 3 до 4 лет и становятся зависимыми от инвалидной коляски в возрасте от 7 до 13 лет. Период передвижения может быть продлен у многих мальчиков с МДД при раннем начале лечения стероидами. Терминальная стадия заболевания начинается, когда пациентам требуется вспомогательная вентиляция легких к 20 годам, и пациенты обычно умирают на третьем или четвертом десятилетии жизни из-за дыхательной или сердечной недостаточности3,4,5,6,7. МДД возникает в результате мутаций в гене дистрофина, которые вызывают синтез нефункционального дистрофина или его полное отсутствие. Дистрофин является важнейшим компонентом дистрофин-ассоциированного гликопротеинового комплекса (DGC) в мышцах8. DGC представляет собой структуру, которая охватывает сарколемму и образует механическую связь между внутренним цитоскелетом и внеклеточным матриксом посредством ассоциации дистрофина как с актиновым, так и с цитоскелетом микротрубочек и связывания дистрогликана с ламинином в базальной пластинке, соответственно9,10. Во время мышечного сокращения DGC действует как молекулярный амортизатор и стабилизирует плазматическую мембрану11,12. Потеря дистрофина связана с потерей DGC и приводит к ухудшению и дегенерации мышц, тем самым препятствуя DGC выполнять свои функции. Это делает мышечные волокна более восприимчивыми к повреждению мембран, вызванному сокращением, что приводит к гибели клеток13,14,15,16. Этот патологический процесс сопровождается воспалением и фиброзом, которые приводят к атрофии мышц и потере функций17,18,19,20,21.

Несмотря на огромные исследовательские усилия, лечения пациентов с МДД пока не существует. Генные терапевтические стратегии, такие как пропуск экзонов, подавление стоп-кодонов, доставка мини-дистрофина, опосредованная аденоассоциированным вирусом (AAV), или редактирование гена CRISPR/Cas9, активно исследуются для лечения МДД22,23. Параллельно разрабатываются фармакологические методы лечения24,25,26,27. Такие подходы воздействуют на специфические сигнальные пути и клеточные события, включая те, которые могут вызывать активацию утрофина А28,29,30. Тем не менее, глюкокортикоиды по-прежнему служат золотым стандартом терапии, действуя в основном как противовоспалительные препараты31. Благодаря использованию стероидов и мультидисциплинарной помощи, особенно искусственной вентиляции легких, ожидаемая продолжительность жизни пациентов с МДД значительно увеличилась, и теперь больные люди могут достигать возраста от 30 до 40 лет.

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>