组蛋白脱乙酰酶 3; HDAC3

HGNC 批准的基因符号：HDAC3

细胞遗传学位置：5q31.3 基因组坐标（GRCh38）：5:141,620,881-141,636,849（来自 NCBI）

▼ 说明

组蛋白的乙酰化和脱乙酰化会改变染色体结构并影响转录因子接触 DNA。有关组蛋白脱乙酰酶的更多信息，请参阅 HDAC1（601241）。

▼ 克隆与表达

杨等人（1997） 通过筛选 EST 数据库中与 HDAC1 和 HDAC2 同源的序列来鉴定 HDAC3（605164）。他们从人成纤维细胞 cDNA 文库中分离出 HDAC3 cDNA。推导的 428 个氨基酸的蛋白质与 HDAC1 具有 53% 的序列同一性，与 HDAC2 具有 52% 的序列同一性。带有 FLAG 标签的 HDAC3 融合蛋白对鸡组蛋白显示出组蛋白脱乙酰酶活性。Gal4-HDAC3 融合蛋白抑制含有 Gal4 结合位点的靶基因的转录。Gal4-HDAC3 的转录抑制取决于 Gal4 结合位点的存在。GST-HDAC3 融合蛋白在体外特异性结合标记的 YY1（600013），类似于 HDAC2。Northern 印迹分析鉴定了所有检查的人体组织和肿瘤细胞系中的 HDAC1、HDAC2 和 HDAC3 转录本。

丹贡德等人（1998） 使用 mRNA 差异显示和 5-prime RACE 从 PHA 激活的 T 细胞中鉴定和分离 HDAC3 cDNA。PHA、PMA 和 α-CD3 对外周血单核细胞的免疫激活增加了这些细胞中的 HDAC3 mRNA 水平。在人骨髓性白血病细胞系 THP-1 中，HDAC3 转染导致 G2/M 期细胞积聚、核形态异常和细胞大小增加。

艾米利亚尼等人（1998） 从 EST 数据库中识别出 HDAC3。他们使用识别 HDAC3 C 末端结构域的特异性多克隆抗血清，通过对核细胞和细胞质细胞部分进行蛋白质印迹分析，表明大约 49 kD 的 HDAC3 蛋白定位于细胞核。

▼ 基因功能

陈等人（2001） 表明 RELA（164014） 是 HDAC3 的非组蛋白底物，并且 HDAC3 去乙酰化 RELA 的 IKBA（164008） 依赖性核输出补充了潜在 NFKB-IKBA 复合物的耗尽细胞质库，用于后续 NFKB 反应（参见 164011） 。

菲施勒等人（2002） 表明 HDAC4（605314） 的催化结构域通过转录辅阻遏物 NCOR2（600848） 与 HDAC3 相互作用。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。

贝克等人（2002） 证明白细胞介素-1-β（IL1B; 147720） 会导致特定 NCOR（600849） 辅阻遏物复合物的核输出，从而导致 NFKB 调节基因的特定子集去抑制。这些基因的例子是四跨膜蛋白 KAI1（600623），它调节膜受体功能。IL1B 对 NCOR/TAB2（605101）/HDAC3 复合物的核输出与 TIP60（601409） 共激活剂复合物的选择性募集暂时相关。KAI1 也可直接被三元复合物激活，该复合物依赖于 TIP60 的乙酰转移酶活性，该复合物由 β 淀粉样前体蛋白（APP; 104760）、FE65（602709） 和 TIP60 的早老素依赖性 C 末端裂解产物组成，识别大脑中 APP 依赖性转录复合物的特定体内基因靶标。

张等人（2002） 报道 GPS2（601935） 是一种参与细胞内信号传导的蛋白质，是 NCOR1 NCOR1-HDAC3 复合物的一个完整亚基。他们确定了指导高度稳定和活性脱乙酰酶复合物形成的结构基序。GPS2 和 TBL1（300196）（NCOR1-HDAC3 复合物的另一个组成部分）与 NCOR1 的抑制结构域 1 相互作用，形成异源三聚体结构，并通过扩展的 NCOR1 SANT 结构域间接连接到 HDAC3，该结构域也激活潜在的 HDAC3 活性。张等人（2002） 还表明，NCOR1-HDAC3 复合物通过相关的 GPS2 亚基抑制 JNK（601158） 激活，因此可能为激素介导的 AP1（165160） 功能拮抗提供替代机制。

法哈斯等人（2002） 发现 Pparg（601487） 在 Rb1（614041） 缺陷的小鼠胚胎成纤维细胞中比表达 Rb1 的对照更有效地促进脂肪细胞分化。Pparg 和 Rb1 免疫共沉淀，Pparg-Rb1 复合物还含有 Hdac3。Rb1 将 Hdac3 募集到 Pparg-Rb1 复合物中，募集减弱了 Pparg 介导的基因表达和脂肪细胞分化。通过 Rb1 磷酸化或抑制 Hdac 活性来解离 Pparg-Rb1-Hdac3 复合物可刺激脂肪细胞分化。

张等人（2005） 发现在 HeLa 细胞中，HDAC3 通过酪蛋白激酶 II 的 ser424 磷酸化而被激活（参见 CSNK2A1；115440），并通过蛋白磷酸酶 4 对 ser424 去磷酸化而失活（参见 PPP4C；602035）。HDAC3 与 PPP4C 及其调节亚基 PPP4R1（604908） 共纯化，形成具有磷酸酶活性的 HDAC3 复合物。两个蛋白磷酸酶 4 亚基均直接与 HDAC3 相互作用，突变分析表明 HDAC3 的 N 末端对于 HDAC3-PPP4C 相互作用是必要且充分的。过表达和RNA干扰实验均表明HDAC3活性与PPP4C的细胞丰度成反比。

PML（102578）-RARA（180240） 融合基因产物通过其募集组蛋白脱乙酰酶和 DNA 甲基转移酶的能力使靶基因失活，从而诱导造血分化和急性早幼粒细胞白血病的阻断。维拉等人（2006）发现MBD1（156535）与PML-RARA在人类细胞系的转录抑制和细胞转化中协同作用。PML-RARA 通过 HDAC3 介导的机制将 MBD1 招募到其目标启动子上。HDAC3 和 MBD1 的结合并不局限于目标启动子，而是遍布整个基因座。在急性早幼粒细胞白血病细胞中，通过 RNA 干扰敲低 HDAC3 的表达可减轻 PML-RARA 诱导的启动子沉默。此外，人类造血前体细胞中 MBD1 显性失活突变体的逆转录病毒表达干扰了 PML-RARA 诱导的抑制并恢复了细胞分化。维拉等人（2006） 得出结论，PML-RARA 招募 HDAC3-MBD1 复合物来靶向启动子，以建立和维持染色质沉默。

巴斯卡拉等人（2008） 指出，小鼠 Hdac3 基因的缺失会导致早期胚胎死亡。他们发现，小鼠胚胎成纤维细胞中 Hdac3 基因的条件性缺失会导致细胞周期进程延迟、细胞周期依赖性 DNA 损伤和细胞凋亡。虽然没有观察到有丝分裂的明显缺陷，但间期细胞中的 DNA 损伤是明显的，并且似乎与有缺陷的 DNA 双链断裂修复有关。

石井等人（2008） 发现 HDAC3 复合体，包括 NCOR、TBL1 和 TBLR1（TBL1XR1；608628），定位于 HeLa 细胞的有丝分裂纺锤体。HDAC3 或 NCOR 的敲低会导致有丝分裂纺锤体塌陷，这些纺锤体被排列成圆顶状结构的染色体包围。用 HDAC 抑制剂处理有丝分裂细胞会导致类似的纺锤体缺陷，与转录调控无关。野生型HDAC3而不是脱乙酰酶死亡的突变体HDAC3拯救了HDAC3耗尽的细胞的表型。虽然在 HDAC3 缺陷细胞中动粒和纺锤体组装检查点看起来完整，但动粒-微管附着受到损害，因为纺锤体微管对冷处理的反应不稳定。石井等人。

冯等人（2011） 表明 HDAC3 招募到基因组中显示出小鼠肝脏中的昼夜节律。组蛋白乙酰化与 HDAC3 结合呈负相关，当 HDAC3 缺失时，这种节律就会消失。尽管 HDAC3 的量是恒定的，但其在肝脏中的基因组募集与昼夜节律核受体 Rev-erb-α（602408） 的表达模式相对应。Rev-erb-α 与 HDAC3 共定位于调节脂质代谢的基因附近，小鼠肝脏中 HDAC3 或 Rev-erb-α 的缺失会导致肝脂肪变性。因此，冯等人（2011） 得出结论，Rev-erb-α 对 HDAC3 的基因组募集指导了正常肝脂质稳态所需的组蛋白乙酰化和基因表达的昼夜节律。

阿伦盖特等人（2013） 证明，肠上皮细胞（IEC） 特异性删除表观基因组修饰酶 Hdac3 的小鼠（Hdac3-δ-IEC 小鼠）表现出 IEC 内在基因表达的广泛失调，包括与抗菌防御。重要的是，传统饲养的 Hdac3-δ-IEC 小鼠表现出潘氏细胞损失、IEC 功能受损以及肠道共生细菌组成的改变。此外，Hdac3-δ-IEC小鼠对肠道损伤和炎症的易感性显着增加，表明HDAC3的上皮表达在维持肠道稳态中具有核心作用。将 Hdac3-δ-IEC 小鼠重新衍生至无菌条件表明 IEC 基因表达失调，在没有共生细菌的情况下，潘氏细胞稳态和肠道屏障功能很大程度上恢复了。阿伦盖特等人（2013） 得出的结论是，HDAC3 是一个关键因素，它整合共生细菌衍生的信号来校准建立正常宿主-共生关系和维持肠道稳态所需的上皮细胞反应。

麦克休等人（2015） 表明，SHARP（613484） 与激活 HDAC3 的 SMRT（600848） 辅阻遏物相互作用，不仅对于 XIST（314670） 介导的转录沉默至关重要，而且对于排除 POLR2（180660） 也是必需的。 SMRT 和 HDAC3 也是沉默和 POLR2 排除所必需的。除了沉默转录之外，XIST 介导的跨 X 染色体的多梳抑制复合物 2（PRC2；参见 601573）的募集也需要 SHARP 和 HDAC3。麦克休等人（2015） 得出结论，XIST 通过直接与 SHARP 相互作用、招募 SMRT、激活 HDAC3 以及使组蛋白去乙酰化以排除 X 染色体上的 POLR2 来沉默转录。

张等人（2015） 表明 Rev-erb-α（602408） 通过不同的基因组机制调节细胞自主时钟和新陈代谢。时钟控制需要 Rev-erb-α 直接与基因组的同源位点结合，在该位点与激活的 ROR 转录因子竞争（参见 601972）。相比之下，Rev-erb-α 主要通过将 HDAC3 辅阻遏物招募到由细胞类型特异性转录因子束缚的位点来调节代谢基因。因此，Rev-erb-α 和 ROR 转录因子之间的直接竞争为所有组织中分子时钟的自我持续控制提供了通用机制，而 Rev-erb-α 使用谱系决定因子来传达组织特异性表观基因组节律，根据该组织的特定需要调节新陈代谢。

埃米特等人（2017） 表明，HDAC3 是激活棕色脂肪组织增强剂所必需的，以确保生热能力。棕色脂肪组织特异性 HDAC3 基因消融的小鼠体温严重降低，并死于急性寒冷暴露。缺乏 HDAC3 的棕色脂肪组织中几乎不存在解偶联蛋白 1（UCP1；113730），并且线粒体氧化磷酸化基因也显着下调，导致线粒体呼吸减弱。埃米特等人（2017） 值得注意的是，尽管 HDAC3 通常充当转录辅阻遏物，但它在棕色脂肪组织中充当雌激素相关受体-α（ESRRA; 601998） 的共激活剂。ESRRA 的 HDAC3 共激活是由 PGC1-α（PPARGC1A; 604517） 的脱乙酰化介导的，并且是 Ucp1、Ppargc1a、和氧化磷酸化基因。重要的是，HDAC3 孤立于肾上腺素能刺激而促进这些基因的基础转录。埃米特等人（2017） 得出的结论是，HDAC3 独特地启动 Ucp1 和生热转录程序，以维持棕色脂肪组织生热的关键能力，这种能力在暴露于危险的低温时可以迅速启动。

匡等人（2019） 表明肠道微生物群通过 Hdac3 调节小鼠小肠的昼夜代谢节律。微生物群诱导肠上皮 Hdac3 的表达，Hdac3 有节奏地募集到染色质，并在组蛋白乙酰化、代谢基因表达和营养吸收方面产生同步的昼夜振荡。Hdac3 还具有非典型功能，可共激活 Esrra，诱导脂质转运蛋白基因 Cd36（173510） 的微生物依赖节律性转录，并促进脂质吸收和饮食诱导的肥胖。匡等人（2019） 得出的结论是，他们的发现揭示了 HDAC3 整合了微生物和昼夜节律线索来调节昼夜代谢节律，并查明了微生物群控制宿主代谢的关键机制。

阮等人（2020） 发现，在脂多糖（LPS） 激活小鼠巨噬细胞的过程中，Hdac3 被招募到激活转录因子 2（ATF2; 123811） 结合位点，而无需 Ncor1 或 Ncor2（600848），并通过非典型机制激活炎症基因表达。相比之下，Hdac3 脱乙酰酶活性选择性地参与 Atf3 结合位点，抑制 Toll 样受体（TLR；参见 603030）信号传导。巨噬细胞中 Hdac3 的缺失可以保护小鼠免受 LPS 的致命暴露，但这种保护在 Hdac3 催化活性被遗传或药物消除后就会消失。阮等人（2020） 的结论是，HDAC3 是一种二分转录激活子和阻遏子，具有非典型的脱乙酰酶孤立功能，对先天免疫至关重要。

▼ 基因结构

马尔克内希特等人（1999） 分离出人类 HDAC3 的基因组克隆。HDAC3 是一个单拷贝基因，包含 15 个外显子，长度至少为 13 kb。

▼ 生化特征

晶体结构

沃森等人（2012） 报道了 HDAC、HDAC3 和辅阻遏物 NCOR2 之间的复合物结构（600848）。该结构揭示了两个显着特征。首先，SMRT-脱乙酰酶激活结构域（DAD）在形成复合物时经历了大的结构重排。其次，有一个重要的肌醇四磷酸分子，D-肌醇-（1,4,5,6）-四磷酸（Ins（1,4,5,6）P4），充当肌醇四磷酸之间的“分子间粘合剂”。 2 蛋白质。该复合物的组装显然依赖于 Ins（1,4,5,6）P4，它可能充当调节剂，这可能解释了为什么磷酸肌醇及其激酶被发现充当转录调节剂。这种 HDAC3 激活机制似乎在从酵母到人类的 I 类 HDAC 中是保守的，

▼ 测绘

Mahlknecht 等人通过 FISH 分析（1999） 将 HDAC3 基因定位到染色体 5q31.3。Randhawa 等人使用 FISH（1998） 还将 HDAC3 基因定位到 5q31，这是与哮喘（600807）、遗传性耳聋（124900）、先天性白血病、大细胞淋巴瘤和骨髓增生异常综合征有关的基因组区域。

▼ 动物模型

阿伦盖特等人（2008） 创建了一个敲入小鼠模型，其中将错义突变 Y478A 引入 Ncor1 脱乙酰酶激活域（DAD）。这产生了一种稳定的突变蛋白，但无法与 Hdac3 结合或激活。DADm 小鼠能够存活，以正常孟德尔频率出生，并且在出生时在形态上与野生型同窝小鼠没有区别。因此，Ncor1 与 Hdac3 的结合并不是正常发育所必需的，缺乏 Ncor1 的小鼠的胚胎缺陷是由于 Ncor1 招募 Hdac3 之外的因素造成的。然而，DADm 小鼠的时钟基因调节异常，昼夜节律行为异常。由于能量消耗增加，这些小鼠变得更瘦并且对胰岛素更敏感。不料，体内功能性 Ncor1-Hdac3 复合物的缺失并不会导致已知分解代谢基因的持续增加，而是显着改变了几个代谢基因的振荡模式，表明代谢的昼夜节律调节对于正常的能量平衡至关重要。阿伦盖特等人（2008） 得出结论，Ncor1 对 Hdac3 的激活是昼夜节律和代谢生理学表观遗传调控的一个节点。

孙等人（2011） 指出，小鼠妊娠中期 Hdac3 基因的心脏特异性缺失会导致严重的肥厚性心肌病，并在 4 个月大时致死。他们发现，心脏和肌肉特异性的 Hdac3 基因缺失可以让正常饮食的小鼠在出生后存活一年多。然而，这些突变小鼠在改用高脂肪饮食后几周内出现了严重的肥厚性心肌病并死于心力衰竭。微阵列分析表明，Hdac3 敲除导致参与线粒体生物能学和脂质代谢的基因下调，以及参与免疫反应的基因上调。孙等人（2011） 得出的结论是，饮食引起的肥胖和 HDAC3 缺乏具有累加效应，导致心肌线粒体氧化能力大幅下降。