组蛋白脱乙酰酶 4; HDAC4

HDACA

HGNC 批准的基因符号：HDAC4

细胞遗传学位置：2q37.3 基因组坐标（GRCh38）：2:239,048,168-239,401,649（来自 NCBI）

▼ 说明

DNA 包裹在组蛋白周围，形成核小体和染色质纤维（一种高级结构）。染色质对于转录因子可以变得透明或不透明。赖氨酸残基的乙酰化（参见 HAT1，603053）通过破坏核小体的稳定性并允许转录因子接近 DNA 中的识别元件，从而诱导核心组蛋白的构象变化。另一方面，组蛋白的脱乙酰化（参见 HDAC1，601241）会重新密封染色体包装，导致转录抑制。参见 Wolffe（1997）以及 Pazin 和 Kadonaga（1997）的评论。至少有 2 类 HDAC：I 类，由与酵母 Rpd3 同源的蛋白质（例如 HDAC1、HDAC2（605164）和 HDAC3（605166））组成；II 类，由与酵母 Hda1 同源的蛋白质组成。 HDAC4 是 II 类 HDAC。

▼ 克隆与表达

通过在 EST 数据库中搜索与酵母 Hda1 相似的序列，然后筛选 cDNA 文库和 PCR，Grozinger 等人（1999）鉴定了编码 II 类 HDAC HDAC4、HDAC5（605315）和 HDAC6（300272）的 cDNA。序列分析预测，1,085 个氨基酸的 HDAC4 蛋白（与 KIAA0288 蛋白相同）包含从残基 802 开始的催化区域。Northern 印迹分析检测到 9.6 kb HDAC4 转录物，显然仅限于大脑、心脏和骨骼肌。 Western blot 分析显示，HDAC4 表达为 119 kD 蛋白，可与 RbAp48（RBBP4；602923）和 HDAC3 共免疫沉淀。

Fischle 等人通过对大小选定的大脑 cDNA 文库进行随机测序（1999）鉴定了编码 HDAC4 的部分 cDNA，他们将其称为 HDACA。 Northern 印迹分析在所有测试组织中检测到 8.4 kb HDAC4 转录本，睾丸中也存在强的 3.4 kb 转录本。免疫荧光分析显示间期细胞中的亚核定位被排除在核仁之外。 SDS-PAGE 分析表明 HDAC4 与多种蛋白质相互作用。

▼ 基因功能

Grozinger 等人的泛函分析（1999）证实 HDAC4 具有针对所有 4 个核心组蛋白的去乙酰化活性。

王等人（1999）克隆了 HDAC4，并证明其脱乙酰酶活性需要残基 802 和 803 处的组氨酸。他们确定 HDAC4 不直接结合 DNA，而是通过 MEF2C（600662）和 MEF2D（600663）。 HDAC4 N 末端与 MEF2C 的结合抑制 MEF2C 转录活性。

菲施勒等人（2002）表明 HDAC4 的催化结构域通过转录辅阻遏物 NCOR2 与 HDAC3 相互作用（600848）。所有导致 HDAC4 与 NCOR2 和 HDAC3 结合受到抑制的实验条件都会导致与 HDAC4 相关的酶活性丧失。这些观察结果表明 II 类 HDAC 通过桥接具有酶活性的 NCOR2-HDAC3 复合物并选择转录因子来调节转录。

尤恩等人（2000）报道 HDAC4 和 MITR（606543）含有与其 MEF2 结合域重叠的钙调蛋白结合域。钙调蛋白与 HDAC4 的结合导致其与 MEF2 解离，从而使 MEF2 免受 HDAC4 的转录抑制。 HDAC4、MITR 和 CABIN1（604251）共同构成了 MEF2 的钙敏感转录抑制因子家族。

嗯等人（2006）指出 HDAC4 被 RANBP2 素化（601181）。他们表明，parkin（602544）通过泛素化 RANBP2 并引起其蛋白酶体依赖性降解来控制细胞内苏酰化 HDAC4 的水平。

Portal 等人使用荧光素酶分析（2006）表明HDAC4和HDAC5，但不是其他HDAC，抑制EB病毒（EBV）核抗原2（EBNA2）对EBV启动子的激活，并且这种抑制可以被EBNA前导蛋白（EBNALP）逆转。 HDAC4 可以抑制 EBV 启动子的 EBNA2 和 EBNALP 共激活。免疫沉淀和蛋白质印迹分析表明，HDAC4 与淋巴母细胞系细胞核中的 EBNA2 以及细胞核和细胞质中的 EBNALP 相关。 EBNALP 减少 B 细胞中 HDAC4 的核定位。报告基因分析表明，在过表达 14-3-3（参见 605066）蛋白存在的情况下，HDAC4 或 HDAC5 的过表达会改变 EBNA2 和 EBNALP 对不同 EBV 启动子的激活。免疫共沉淀和蛋白质印迹分析显示 14-3-3、HDAC4 和 EBNALP 在三元复合物中相关联。门户位点等人（2006）得出结论，EBNALP 通过将 HDAC4 和 HDAC5 从 EBNA2 激活的启动子重新定位到细胞质来共激活转录。

塔登纳姆等人（2006）将 HDAC4 的 3-prime UTR 鉴定为包含 miR140（MIRN140; 611894）种子序列（5-prime-GTGGTTT-3-prime）的 138 个推定靶标之一。模拟 miR140 的小干扰 RNA（siRNA140）下调含有 800 bp 人类 HDAC4 3-prime UTR 的报告基因的表达，将 siRNA140 转染到小鼠成纤维细胞中可降低内源性 Hdac4 蛋白的水平。

Chen 和 Cepko（2009）报道，Hdac4 在正常和病理条件下调节小鼠视网膜神经元的存活。正常视网膜发育过程中 Hdac4 表达的减少导致视杆细胞和双极中间神经元的凋亡，而过度表达则减少了双极细胞自然发生的细胞死亡。 Hdac4 在视网膜变性小鼠模型中过度表达可延长光感受器的存活时间。存活效应归因于细胞质中 Hdac4 的活性，并且至少部分依赖于缺氧诱导因子 1-α（HIF1-α；603348）的活性。 Chen 和 Cepko（2009）得出结论，他们的数据提供了 HDAC4 在促进视网膜神经元存活中发挥重要作用的证据。

罗伯特等人（2011）表明 HDAC 抑制/消融特异性抵消酵母 Mec1（人 ATR 的直系同源物，601215）激活、双链断裂加工和单链 DNA-RFA 核丝形成。此外，重组蛋白 Sae2（人 CTIP；604124）在 HDAC 抑制后被乙酰化和降解。两种 HDAC，Hda1 和 Rpd3（HDAC1；601241）和 1 种组蛋白乙酰转移酶（HAT），Gcn5（GCN5L2；602301），在这些过程中发挥关键作用。罗伯特等人（2011）还发现 HDAC 抑制通过促进自噬触发 Sae2 降解，从而影响 Hda1 和 Rpd3 突变体的 DNA 损伤敏感性。雷帕霉素通过抑制 Tor（MTOR; 601231）刺激自噬，也会导致 Sae2 降解。罗伯特等人（2011）提出 Rpd3、Hda1 和 Gcn5 通过协调 ATR 检查点和双链断裂处理与自噬来控制染色体稳定性。

Sasakawa 等人使用免疫荧光分析和免疫共沉淀测定（2012）发现盐诱导激酶 3（SIK3; 614776）定位于细胞质，并与小鼠肥大软骨细胞中软骨细胞肥大的关键抑制因子 Hdac4 形成复合物。 Sik3-Hdac4 相互作用将 Hdac4 锚定在细胞质中。在 Sik3 缺陷的小鼠软骨细胞中，Hdac4 定位于细胞核并抑制 Mef2c（软骨细胞肥大的关键促进因子），从而导致软骨细胞肥大受阻。笹川等人（2012）得出结论，SIK3 通过与 HDAC4 相互作用，在骨骼形成过程中的软骨细胞肥大中发挥重要作用。

▼ 测绘

Wang 等人使用 FISH 分析（1999）将 HDAC4 基因定位到染色体 2q37.2。

▼ 分子遗传学

Wakeling 等人在 7 名患有神经发育障碍（伴有中枢肌张力减退和面容畸形）的无关患者中（NEDCHF; 619797）（2021）在 HDAC4 基因中鉴定出 4 种不同的从头杂合错义突变（605314.0003-605314.0006）。通过全外显子组测序鉴定出的突变预计会导致 HDAC4 对 14-3-3 蛋白的亲和力降低，从而导致 14-3-3 蛋白对细胞质中 HDAC4 的隔离减少，并增加 HDAC4 的水平在细胞核中。

关联待确认

有关 HDAC4 基因缺失可能产生的表型后果的讨论，请参阅染色体 2q37 缺失综合征（600430）。

▼ 动物模型

维加等人（2004）报道，在肥大前软骨细胞中表达的 Hdac4 通过与 Runx2（600211）相互作用并抑制其活性来调节小鼠的软骨细胞肥大和软骨内骨形成，Runx2（600211）是软骨细胞肥大所必需的转录因子。 Hdac4缺失小鼠由于异位和早发性软骨细胞肥大而表现出发育中骨骼的过早骨化，模仿软骨细胞中组成型Runx2表达所产生的表型。相反，体内增殖软骨细胞中 Hdac4 的过度表达抑制软骨细胞肥大和分化，模仿 Runx2 功能丧失表型。这些结果确立了 HDAC4 作为软骨细胞肥大和骨骼发生的中心调节因子。

▼ 等位基因变异体（6 个精选示例）：

.0001 重新分类 - 意义未知的变体
HDAC4，1-BP INS，2399C

这种变体以前称为短指-精神发育迟滞综合征，已根据 Villavicencio-Lorini 等人的研究结果重新分类（2013）和惠勒等人（2014）。

Williams 等人在一名患有短指智力低下综合征（BDMR; 600430）的法裔加拿大女性中进行了研究（2010）在 HDAC4 基因的外显子 19 中发现了一个杂合的从头 1-bp 插入（2399insC），导致移码和提前终止。没有证据表明无义介导的 mRNA 衰减，但突变可能导致单倍体不足。定量 RT-PCR 分析显示，患者的淋巴细胞没有改变 HDAC4 表达，表明该突变不会导致无义介导的 mRNA 衰减并产生无功能的蛋白质。该患者存在精神运动发育迟缓、瓣膜下主动脉瓣狭窄、面部特征畸形、E 型短指畸形（BDE）、睡眠障碍和行为问题。

比亚维森西奥-洛里尼等人（2013）报道了一个 3 代家庭，其中先证者、她的母亲和她的外祖母有非常轻微的发育迟缓和畸形面部特征，与染色体 2q37.3 遗传性杂合间质缺失相关。没有人患有短指。删除的长度约为 800 kb，包括 HDAC4、FLJ43879 和 TWIST2（607556）基因。比亚维森西奥-洛里尼等人（2013）得出的结论是，该家族中不存在 BDE，这与之前的观察结果一致，即 BDE 是与 2q37 缺失相关的可变临床特征，并且 HDAC4 单倍体不足并不完全渗透 BDE。

惠勒等人（2014）提供的证据表明 HDAC4 单倍体不足不会导致智力障碍。他们报道了一位母亲和 2 个儿子的染色体 2q37.3 存在 887 kb 杂合缺失，包括 HDAC4 基因的整个编码区、2 个非编码 RNA 序列（MGC16025 和 LOC150935）和 4 个 microRNA。没有人患有智力障碍，但母亲和大儿子患有 E 型短指；另一个儿子还太小，无法进行 BDE 评估。惠勒等人（2014）认为 HDAC4 的单倍体不足可能是 BDMR 的影响因素，但得出的结论是它不足以导致智力障碍。

.0002 重新分类 - 意义未知的变体
HDAC4、65-BP DEL、NT490+56

这种变体以前称为短指-精神发育迟滞综合征，已根据 Villavicencio-Lorini 等人的研究结果重新分类（2013）和惠勒等人（2014）。

Williams 等人对一名患有短指智力低下综合征（BDMR; 600430）的 16 岁白人女孩进行了研究（2010）在 HDAC4 基因的内含子 5 中发现了一个杂合的从头 65 bp 缺失（490+56_121del65），预计这会改变外显子 5 和 6 的剪接。她具有畸形特征，短指畸形 E 型（BDE），精神运动迟缓和严重的行为异常。

.0003 伴有中枢肌张力减退和面容畸形的神经发育障碍
HDAC4、PRO248LEU

Wakeling 等人在 4 名不相关的患者（患者 4-7）中发现了神经发育障碍，伴有中枢肌张力减退和面容畸形（NEDCHF；619797）（2021）在 HDAC4 基因中发现了一个从头杂合的 c.743C-T 转变（c.743C-T, NM_006037.4），导致保守位点发生 pro248 到 leu（P248L）的取代。该突变是通过全外显子组测序鉴定的，但在 gnomAD 数据库中不存在。该突变位于 HDAC4 14-3-3 结合位点，预计会导致 14-3-3 蛋白结合减少。

.0004 伴有中枢肌张力减退和面容畸形的神经发育障碍
HDAC4、PRO248ALA

在一名患有神经发育障碍并伴有中枢肌张力减退和面容畸形的患者（患者 3）中（NEDCHF；619797），Wakeling 等人（2021）在 HDAC4 基因中发现了一个从头杂合的 c.742C-G 颠换（c.742C-G, NM_006037.4），导致保守位点发生 pro248 到 ala（P248A）的取代。该突变是通过全外显子组测序鉴定的，但在 gnomAD 数据库中不存在。该突变位于 HDAC4 14-3-3 结合位点，预计会导致 14-3-3 蛋白结合减少。

.0005 伴有中枢肌张力减退和面容畸形的神经发育障碍
HDAC4、GLU247GLY

在一名患有神经发育障碍并伴有中枢张力减退和面容畸形的患者（患者 2）中（NEDCHF；619797），Wakeling 等人（2021）在 HDAC4 基因中发现了一个杂合的 c.740A-G 转换（c.740A-G, NM_007037.4），导致保守位点发生 glu247 到 gly（E247G）的取代。该突变是通过全外显子组测序鉴定的，但在 gnomAD 数据库中不存在。该突变位于 HDAC4 14-3-3 结合位点，预计会导致 14-3-3 蛋白结合减少。在 HEK293 细胞中使用具有 E247G 突变的 HDAC4 进行免疫共沉淀，结果表明与 14-3-3-β 的结合亲和力降低（601289）。

.0006 伴有中枢肌张力减退和面容畸形的神经发育障碍
HDAC4、THR244LYS

在一名患有神经发育障碍并伴有中枢肌张力减退和面容畸形的患者（患者 1）中（NEDCHF；619797），Wakeling 等人（2021）鉴定了 HDAC4 基因中的杂合 731C-A 颠换，导致保守位点发生 thr244 至 lys（T244K）取代。该突变是通过全外显子组测序鉴定的，但在 gnomAD 数据库中不存在。该突变位于 HDAC4 14-3-3 结合位点，预计会导致 14-3-3 蛋白结合减少。在 HEK293 细胞中使用具有 T244K 突变的 HDAC4 进行免疫共沉淀，结果表明与 14-3-3-β 的结合亲和力降低（601289）。