Aminokiseline su osnovne komponente proteina i va?ne komponente ljudskih tkiva, igraju ulogu prijenosa ?elijskog signala, regulacije aktivnosti enzima, imunolo?ke funkcije i drugih fiziolo?kih funkcija.

Obilje aminokiselina u stanicama ?esto se mijenja u razli?itim fiziolo?kim i patolo?kim stanjima. Stoga je va?an nau?ni problem metaboli?kog stresa i ?elijske sudbine kako tijelo osje?a promjenu nivoa aminokiselina i stvara adaptivni odgovor.

Abnormalni senzor aminokiselina usko je povezan s rakom, dijabetesom, neurodegenerativnim bolestima i procesom starenja. Stoga, istra?ivanje molekularnog mehanizma abnormalne indukcije aminokiselina mo?e pru?iti novi cilj za prevenciju ili lije?enje metaboli?kih bolesti i raka. Valin, kao esencijalna aminokiselina razgranatog lanca, igra va?nu ulogu u sintezi proteina, neuropona?anju i napredovanju leukemije. Me?utim, mehanizam i funkcija ?elijskog senziranja valina ostaju nejasni.

Dana 20. novembra 2024., tim Wang Pinga sa Medicinskog fakulteta Univerziteta Tongji / 10. pridru?ene narodne bolnice objavio je istra?iva?ki rad pod naslovom "Ljudski HDAC6 osje?a obilje valina kako bi regulisao o?te?enje DNK" u ?asopisu Nature.

Ova studija identificirala je novi senzor specifi?an za valin, ljudsku deacetilazu HDAC6, i otkrila specifi?an mehanizam kojim restrikcija valina dovodi do nuklearne translokacije HDAC6, ?ime se pove?ava aktivnost TET2 i izaziva o?te?enje DNK.

Zanimljivo je da je ovaj senzorni mehanizam jedinstven za primate, a dalja analiza mehanizma otkrila je da primat HDAC6 sadr?i specifi?an serin-bogat glutamat-tetranektid (SE14) ponavljaju?i domen i osjeti obilje valina kroz ovaj domen. U smislu lije?enja tumora, umjerena restrikcija valina ili kombinacija PARP inhibitora mo?e efikasno inhibirati rast tumora.

Ova studija otkriva novi mehanizam pomo?u kojeg nutritivni stres reguli?e o?te?enje DNK epigenetskom modifikacijom i predla?e novu strategiju za lije?enje tumora dijetom ograni?enom valinom u kombinaciji s PARP inhibitorima.

Senzori aminokiselina obi?no trebaju kombinirati aminokiseline kako bi prepoznali i odgovorili na promjene u koncentraciji aminokiselina unutar i izvan stanice, kako bi izvr?ili svoju senzorsku funkciju.

U cilju sistematske identifikacije proteina koji vezuju valin, biotinilirane valinske sonde su kori?tene za eksperimente imunokoprecipitata u kombinaciji sa spektrometrijom mase, a nepristrasni skrining proteina koji vezuju valin je izveden hemijskom biologijom.

Autori su otkrili da je pored poznatih valil tRNA sintetaza (VARS), deacetilaza HDAC6 pokazala ja?i kapacitet vezivanja D-valina u odnosu na VARS. Autori su dalje potvrdili da HDAC6 mo?e direktno vezati valin sa afinitetom od Kd ≈ 2μM kroz eksperimente vezivanja izotopa, eksperimente izotermalne titracione kalorimetrije (ITC) i eksperimente termi?kog drifta. Analiza strukturnih karakteristika aminokiselina koje prepoznaju senzitivni proteini je od pomo?i za dalje razumijevanje molekularnog mehanizma promjene koli?ine aminokiselina izazvane stanicama. Analizom eksperimenata vezanja analoga valina, autori su otkrili da HDAC6 prepoznaje karboksilni terminal i bo?ni lanac valina i mo?e tolerirati modifikaciju amino terminala. Osim toga, u HDAC6 nokaut ?elijama, regulacija mTOR signalnog puta restrikcijom valina nije se zna?ajno razlikovala od one u kontrolnoj grupi, ?to sugerira da je ovo vezivanje bilo druga?ije od tradicionalnog signalnog puta koji osjeti aminokiseline.

U cilju istra?ivanja va?ne domene i funkcije HDAC6 sensing valina. Autori su dalje utvrdili da HDAC6 ve?e valin kroz svoj SE14 domen kroz eksperiment HDAC6 skra?enog vezivanja tijela. Iznena?uju?e, autori su usporedbom homologije otkrili da je domen SE14 prisutan samo u HDAC6 kod primata. Za razliku od HDAC6 primata (ljudi i majmuna), HDAC6 mi?a se ne vezuje za valin. Ovo otkri?e otkriva razlike izme?u razli?itih vrsta u indukciji valina, sugeriraju?i da evolucija vrsta igra va?nu ulogu u indukciji aminokiselina.

Na osnovu zaklju?ka da HDAC6 direktno vezuje valin preko svog SE14 domena, autori su spekulisali da promene u snazi ??vezivanja HDAC6 i valina mogu uticati na njegovu strukturu i funkciju kada se promeni obilje valina u ?elijama. Kroz niz eksperimenata i u kombinaciji sa literaturom o va?noj ulozi SE14 domene u citoplazmatskom zadr?avanju HDAC6, autori su otkrili da intracelularni nedostatak valina mo?e izazvati translokaciju HDAC6 u jezgro. Aktivni region enzima (DAC1 i DAC2) se vezuje za aktivni region (CD domen) DNK hidroksimetilaze TET2, promovi?u?i deacetilaciju TET2, a zatim aktiviraju?i njegovu aktivnost enzima. Koriste?i tehnike metilomike kao ?to su WGBS, ACE-Seq i MAB-Seq, dodatno smo potvrdili da intracelularno gladovanje valinom mo?e promovirati aktivnu demetilaciju DNK kroz HDAC6-TET2 signalnu osu. Prethodno je tim Andre Nussenzweiga otkrio da je aktivna demetilacija DNK zavisna od timin DNK glikozilaze (TDG) rezultirala o?te?enjem jednog lanca DNK na neuronskom poja?iva?u. Kombinacijom TET2 ChIP-Seq sa visokopropusnom tehnologijom sekvenciranja END-Seq i ddC S1 END-Seq, utvrdili smo da nedostatak valina poti?e o?te?enje DNK. O?te?enje DNK uzrokovano nedostatkom valina tako?er ovisi o o?te?enju jednog lanca uzrokovanog TDG ekscizijom oksimetilcitozina (5fC/5caC).

Uzeti zajedno, autori su otkrili nove valinske senzore i po prvi put razjasnili molekularni mehanizam kojim valin ograni?ava indukciju o?te?enja DNK preko HDAC6-TET2-TDG signalne ose, dodaju?i novu dimenziju razumijevanju funkcije stresa aminokiselina u odre?ivanju sudbine stanice.

Ograni?enje u ishrani ili ciljanje metabolizma aminokiselina i sensinga postalo je dodatna strategija za produ?enje ?ivota i lije?enje mnogih bolesti, uklju?uju?i rak. S obzirom na to da deprivacija valina mo?e izazvati o?te?enje DNK, autori su dalje istra?ivali da li ograni?enje valina igra ulogu u lije?enju raka. U modelu tumora ksenotransplantata kolorektalnog karcinoma, odgovaraju?a dijeta ograni?ena na valin (0,41% valina, w/w) zna?ajno je inhibirala rast tumora sa manje nuspojava. U grupama za prevenciju i lije?enje, autori su dalje demonstrirali da dijeta ograni?ena valinom inhibira tumorigenezu i progresiju koriste?i PDX model kolorektalnog karcinoma. U uzorcima tumora, smanjeni nivoi valina bili su u pozitivnoj korelaciji sa pove?anim nuklearnim translokacijama HDAC6, nivoima 5hmC i o?te?enjem DNK. Budu?i da je izazivanje o?te?enja DNK terapija protiv raka, klini?ki je mogu?e blokirati popravak DNK upotrebom PARP inhibitora. Autori su otkrili da kombinacija ishrane ograni?ene valinom i PARP inhibitora talazopariba zna?ajno poja?ava antitumorski u?inak, pru?aju?i sna?ne dokaze za terapiju za lije?enje raka izazivanjem o?te?enja DNK.

Zaklju?no, studija je otkrila da je HDAC6 kod primata novi protein koji osje?a valin, neovisno o tradicionalnim senzorima, otkrivaju?i razlike u senzibilizaciji valina me?u razli?itim vrstama, ?to ukazuje na va?nu ulogu biolo?ke evolucije u aminokiselinama.

Osim toga, ova studija razja?njava novi mehanizam interaktivne regulacije nutritivnog metaboli?kog stresa, epigeneti?ke regulacije i o?te?enja DNK, pro?iruje va?nost nutritivnog metaboli?kog stresa u biologiji stresa i otkriva da se kombinacija prehrane s ograni?enjem valinom i PARP inhibitora mo?e koristiti kao nova strategija za lije?enje raka.