A proteolytic fragment of histone deacetylase 4 protects the heart from failure by regulating the hexosamine biosynthetic pathway

HDAC4型 组蛋白脱乙酰基酶 组蛋白 心力衰竭 表观遗传学 HDAC1型 细胞生物学 生物化学 医学 内分泌学 基因 生物 内科学
作者
Lorenz Lehmann,Zegeye Hailu Jebessa,Michael M. Kreußer,Axel Horsch,Tao He,Mariya Kronlage,Matthias Dewenter,Viviana Sramek,Ulrike Oehl,Jutta Krebs-Haupenthal,Albert H von der Lieth,Andrea Schmidt,Qiang Sun,Julia Ritterhoff,Daniel Finke,Mirko Völkers,Andreas Jungmann,Sven W. Sauer,Christian T. Thiel,Alexander Nickel
出处
期刊:Nature Medicine [Nature Portfolio]
卷期号:24 (1): 62-72 被引量:135
标识
DOI:10.1038/nm.4452
摘要

The stress-responsive epigenetic repressor histone deacetylase 4 (HDAC4) regulates cardiac gene expression. Here we show that the levels of an N-terminal proteolytically derived fragment of HDAC4, termed HDAC4-NT, are lower in failing mouse hearts than in healthy control hearts. Virus-mediated transfer of the portion of the Hdac4 gene encoding HDAC4-NT into the mouse myocardium protected the heart from remodeling and failure; this was associated with decreased expression of Nr4a1, which encodes a nuclear orphan receptor, and decreased NR4A1-dependent activation of the hexosamine biosynthetic pathway (HBP). Conversely, exercise enhanced HDAC4-NT levels, and mice with a cardiomyocyte-specific deletion of Hdac4 show reduced exercise capacity, which was characterized by cardiac fatigue and increased expression of Nr4a1. Mechanistically, we found that NR4A1 negatively regulated contractile function in a manner that depended on the HBP and the calcium sensor STIM1. Our work describes a new regulatory axis in which epigenetic regulation of a metabolic pathway affects calcium handling. Activation of this axis during intermittent physiological stress promotes cardiac function, whereas its impairment in sustained pathological cardiac stress leads to heart failure.
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