Aminosure is die basiese komponente van prote?ene en belangrike komponente van menslike weefsels, wat die rol speel van selseintransduksie, ensiemaktiwiteitregulering, immuunfunksie en ander fisiologiese funksies.

Die oorvloed van aminosure in selle verander dikwels in verskillende fisiologiese en patologiese toestande. Daarom, hoe die liggaam die verandering van aminosuurvlak aanvoel en 'n aanpasbare reaksie maak, is 'n belangrike wetenskaplike probleem van metaboliese stres en sellot.

Abnormale aminosuurwaarneming is nou verwant aan kanker, diabetes, neurodegeneratiewe siektes en verouderingsproses. Daarom kan die ondersoek van die molekulêre meganisme van abnormale aminosuur-induksie 'n nuwe teiken bied vir die voorkoming of behandeling van metaboliese siektes en kanker. Valien, as 'n noodsaaklike vertakte-ketting-aminosuur, speel 'n belangrike rol in prote?ensintese, neurogedrag en leukemie-vordering. Die meganisme en funksie van sellulêre waarneming van valien bly egter onduidelik.

Op 20 November 2024 het Wang Ping se span van Tongji University School of Medicine / 10th Affiliated People's Hospital 'n navorsingsartikel gepubliseer met die titel "Human HDAC6 senses valine abundancy to regulate DNA damage" in die joernaal Nature.

Hierdie studie het 'n nuwe valienspesifieke sensor, menslike deasetylase HDAC6, ge?dentifiseer en die spesifieke meganisme waarvolgens valienbeperking lei tot kerntranslokasie van HDAC6, wat TET2-aktiwiteit verhoog en DNA-skade veroorsaak, geopenbaar.

Interessant genoeg is hierdie waarnemingsmeganisme uniek aan primate, en verdere meganismeanalise het aan die lig gebring dat primaat HDAC6 'n spesifieke serienryke glutamaat-tetranektied (SE14) herhalingsdomein bevat en valienoorvloed deur hierdie domein aanvoel. In terme van tumorbehandeling, kan matige valienbeperking of kombinasie van PARP-inhibeerders tumorgroei effektief inhibeer.

Hierdie studie onthul 'n nuwe meganisme waardeur voedingsstres DNA-skade reguleer deur epigenetiese modifikasie, en stel 'n nuwe strategie voor vir tumorbehandeling met valienbeperkte dieet gekombineer met PARP-inhibeerders.

Aminosuursensors moet gewoonlik aminosure kombineer om veranderinge in aminosuurkonsentrasie binne en buite die sel te herken en daarop te reageer om hul waarnemingsfunksie te verrig.

Ten einde valienbindende prote?ene sistematies te identifiseer, is gebiotinileerde valienprobes gebruik vir immunokopresipitaat eksperimente gekombineer met massaspektrometrie, en onbevooroordeelde sifting van valienbindende prote?ene is deur chemiese biologie uitgevoer.

Die skrywers het gevind dat benewens die bekende valiel tRNA sintetases (VARS), die deacetilase HDAC6 'n sterker D-valien bindingskapasiteit getoon het in vergelyking met VARS. Die skrywers het verder bevestig dat HDAC6 valien direk kan bind met 'n affiniteit van Kd ≈ 2μM deur isotoopbindingseksperimente, isotermiese titrasiekalorimetrie (ITC) eksperimente en termiese drywing eksperimente. Die ontleding van die strukturele kenmerke van aminosure wat herken word deur prote?ene waarneem, is nuttig om die molekulêre meganisme van die verandering van aminosuuroorvloed wat deur selle ge?nduseer word, verder te verstaan. Deur die bindingseksperimente van valien-analo? te ontleed, het die skrywers gevind dat HDAC6 die karboksielterminaal en syketting van valien herken en die aminoterminale modifikasie kan verdra. Daarbenewens, in HDAC6-uitklopselle, was die regulering van mTOR-seinweg deur valienbeperking nie betekenisvol verskillend van dié van die kontrolegroep nie, wat daarop dui dat hierdie binding verskil het van die tradisionele aminosuur-waarneming-seinweg.

Ten einde die belangrike domein en funksie van HDAC6 sensing valine te verken. Die skrywers het verder vasgestel dat HDAC6 valien bind deur sy SE14-domein deur die HDAC6 afgeknotte liggaamsbindingseksperiment. Verbasend genoeg het die skrywers deur homologie-vergelyking gevind dat die SE14-domein slegs teenwoordig is in HDAC6 in primate. Anders as primaat (mens en aap) HDAC6, bind muis HDAC6 nie aan valien nie. Hierdie bevinding onthul die verskille tussen verskillende spesies in valien-induksie, wat daarop dui dat spesie-evolusie 'n belangrike rol speel in aminosuur-induksie.

Op grond van die gevolgtrekking dat HDAC6 regstreeks valien bind deur sy SE14-domein, het die skrywers bespiegel dat veranderinge in die bindingssterkte van HDAC6 en valien die struktuur en funksie daarvan kan be?nvloed wanneer die oorvloed van valien in selle verander. Deur 'n reeks eksperimente en gekombineer met die literatuur oor die belangrike rol van die SE14-domein in die sitoplasmiese retensie van HDAC6, het die skrywers gevind dat intrasellulêre valientekort HDAC6-translokasie na die kern kan veroorsaak. Die ensiem-aktiewe gebied (DAC1 en DAC2) bind aan die aktiewe gebied (CD-domein) van die DNA-hidroksimetielase TET2, wat die deasetilering van TET2 bevorder, en dan die ensiemaktiwiteit daarvan aktiveer. Met behulp van metielomika-tegnieke soos WGBS, ACE-Seq en MAB-Seq, het ons verder bevestig dat intrasellulêre valien-hongersnood aktiewe DNA-demetilering deur die HDAC6-TET2-sein-as kan bevorder. Voorheen het Andre Nussenzweig se span gevind dat timien-DNA-glikosilase (TDG)-afhanklike aktiewe DNA-demetilering tot DNA-enkelstreng-skade op neuronale versterker gelei het. Deur TET2 ChIP-Seq te kombineer met ho?-deurset-volgordebepalingstegnologie END-Seq en ddC S1 END-Seq, het ons vasgestel dat valientekorte DNA-skade bevorder. Die DNA-skade wat deur valientekort veroorsaak word, is ook afhanklik van die enkelstrengskade wat veroorsaak word deur TDG-eksisie van oksimetielsitosien (5fC/5caC).

Gesamentlik het die skrywers nuwe valiensensors ontdek en vir die eerste keer die molekulêre meganisme toegelig waardeur valien die induksie van DNA-skade via die HDAC6-TET2-TDG-sein-as beperk, wat 'n nuwe dimensie byvoeg tot die begrip van die funksie van aminosuurstres in die bepaling van sellelot.

Dieetbeperking of teiken van aminosuurmetabolisme en waarneming het 'n bykomende strategie geword vir lewensverlenging en behandeling van baie siektes, insluitend kanker. Aangesien valiendeprivasie DNA-skade kan veroorsaak, het die skrywers verder ondersoek of valienbeperking 'n rol speel in kankerbehandeling. In 'n kolorektale kanker xenograft tumormodel, het 'n toepaslike valienbeperkte dieet (0.41% valien, w/w) tumorgroei aansienlik ge?nhibeer met minder newe-effekte. In beide die voorkomings- en behandelingsgroepe het die skrywers verder getoon dat 'n valienbeperkte dieet tumorgenese en progressie ge?nhibeer het deur 'n kolorektale kanker PDX-model te gebruik. In tumormonsters was verlaagde valienvlakke positief gekorreleer met verhoogde HDAC6-kerntranslokasies, 5hmC-vlakke en DNA-skade. Aangesien die indusering van DNA-skade 'n kankerterapie is, is dit klinies moontlik om DNA-herstel te blokkeer deur PARP-inhibeerders te gebruik. Die skrywers het bevind dat die kombinasie van valienbeperkte dieet en PARP-remmer talazoparib die antitumor-effek aansienlik verbeter het, wat sterk bewyse verskaf vir die terapie om kanker te behandel deur DNA-skade te veroorsaak.

Ten slotte, die studie het bevind dat HDAC6 in primate 'n nuwe valienwaarnemingsprote?en is wat onafhanklik van tradisionele sensors is, wat verskille in valienwaarneming tussen verskillende spesies openbaar, wat die belangrike rol van biologiese evolusie in aminosuurwaarneming aandui.

Daarbenewens lig hierdie studie 'n nuwe meganisme van die interaktiewe regulering van voedingsmetaboliese stres, epigenetiese regulering en DNA-skade toe, verbreed die belangrikheid van voedingsmetaboliese stres in stresbiologie, en vind dat die kombinasie van valienbeperkte dieet en PARP-inhibeerders as 'n nuwe strategie vir kankerbehandeling gebruik kan word.