A inibição farmacológica de HDAC6 melhora os fenótipos musculares na distrofina | Shijiazhuang Agile Peak Ventures Co., Ltd

Nature Communications volume 13, Número do artigo: 7108 (2022) Citar este artigo

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A ausência de distrofina na distrofia muscular de Duchenne interrompe o complexo glicoproteico associado à distrofina, resultando em fragilidade e atrofia da fibra muscular esquelética, associada à fibrose, bem como à desorganização dos microtúbulos e da junção neuromuscular. Recentemente, demonstrou-se recentemente que a histona desacetilase 6 citoplasmática específica e não convencional (HDAC6) regula a distribuição do receptor de acetilcolina e a atrofia muscular. Aqui, relatamos que a administração do inibidor seletivo de HDAC6 tubastatina A à distrofia muscular de Duchenne, modelo de camundongo mdx aumenta a força muscular, melhora os microtúbulos, a junção neuromuscular e a organização do complexo glicoproteico associado à distrofina e reduz a atrofia muscular e a fibrose. Curiosamente, descobrimos que os efeitos benéficos da inibição de HDAC6 envolvem a regulação negativa da sinalização beta do fator de crescimento transformador. Ao aumentar a acetilação de Smad3 no citoplasma, a inibição de HDAC6 reduz a fosforilação de Smad2/3, a translocação nuclear e a atividade transcricional. Esses achados fornecem evidências in vivo de que o Smad3 é um novo alvo do HDAC6 e implica o HDAC6 como um potencial alvo terapêutico na distrofia muscular de Duchenne.

A distrofia muscular de Duchenne (DMD) é um distúrbio recessivo neuromuscular ligado ao cromossomo X que afeta aproximadamente 1 em cada 3.500 recém-nascidos do sexo masculino em todo o mundo e é a forma mais comum e fatal de distrofia muscular1,2. Pacientes com DMD manifestam seus primeiros sintomas clínicos aos 3 a 4 anos de idade e tornam-se dependentes de cadeira de rodas entre 7 e 13 anos. O período de deambulação pode ser prolongado em muitos meninos com DMD com início precoce do tratamento com esteroides. O estágio terminal da doença começa quando os pacientes necessitam de ventilação assistida por volta dos 20 anos de idade e os pacientes geralmente morrem na terceira ou quarta década devido a insuficiência respiratória ou cardíaca3,4,5,6,7. A DMD resulta de mutações no gene da distrofina que causam a síntese de distrofina não funcional ou sua ausência total. A distrofina é um componente crítico do complexo glicoproteico associado à distrofina (DGC) no músculo8. O DGC é uma estrutura que atravessa o sarcolema e forma uma ligação mecânica entre o citoesqueleto interno e a matriz extracelular por meio da associação da distrofina com os citoesqueletos de actina e microtúbulos e a ligação do distroglicano à laminina na lâmina basal, respectivamente9,10. Durante a contração muscular, o DGC atua como um amortecedor molecular e estabiliza a membrana plasmática11,12. A perda de distrofina está associada à perda do DGC e resulta na deterioração e degeneração muscular, impedindo assim que o DGC exerça suas funções. Isso torna as fibras musculares mais suscetíveis a danos na membrana induzidos pela contração, levando à morte celular13,14,15,16. Este processo patológico é acompanhado por inflamação e fibrose que contribuem para a perda de massa muscular e perda de função17,18,19,20,21.

Apesar dos tremendos esforços de pesquisa, ainda não há cura disponível para pacientes com DMD. Estratégias terapêuticas baseadas em genes, como salto de exon, supressão de códons de parada, distribuição de minidistrofina mediada por vírus adeno-associado (AAV) ou edição de genes CRISPR/Cas9 estão sendo investigadas ativamente para tratar DMD22,23. Paralelamente, tratamentos farmacológicos também estão sendo desenvolvidos24,25,26,27. Tais abordagens atuam em vias de sinalização específicas e eventos celulares, incluindo aqueles que podem causar regulação positiva da utrofina A28,29,30. No entanto, os glicocorticóides ainda servem como terapia padrão-ouro, atuando principalmente como anti-inflamatórios31. Com o uso de corticosteróides e cuidados multidisciplinares, principalmente ventilação mecânica, a expectativa de vida dos pacientes com DMD aumentou consideravelmente e os indivíduos afetados podem atingir 30 a 40 anos de idade.

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>