Aminokyseliny jsou základními slo?kami bílkovin a d?le?itymi slo?kami lidskych tkání, hrají roli p?i p?enosu buně?nych signál?, regulaci enzymové aktivity, imunitních funkcích a dal?ích fyziologickych funkcích.

Mno?ství aminokyselin v buňkách se ?asto mění v r?znych fyziologickych a patologickych stavech. Proto je d?le?itym vědeckym problémem metabolického stresu a buně?ného osudu to, jak tělo cítí změnu hladiny aminokyselin a reaguje na ně adapta?ní reakcí.

Abnormální snímání aminokyselin úzce souvisí s rakovinou, cukrovkou, neurodegenerativními onemocněními a procesem stárnutí. Zkoumání molekulárního mechanismu abnormální indukce aminokyselin tedy m??e poskytnout novy cíl pro prevenci nebo lé?bu metabolickych onemocnění a rakoviny. Valin jako esenciální aminokyselina s rozvětvenym ?etězcem hraje d?le?itou roli v syntéze protein?, neurobehavior a progresi leukémie. Mechanismus a funkce buně?ného snímání valinu v?ak z?stávají nejasné.

Dne 20. listopadu 2024 zve?ejnil tym Wanga Pinga z Tongji University School of Medicine / 10th Affiliated People's Hospital v ?asopise Nature vyzkumnou práci nazvanou ?Human HDAC6 smysly valinu k regulaci po?kození DNA“.

Tato studie identifikovala novy senzor specificky pro valin, lidskou deacetylázu HDAC6, a odhalila specificky mechanismus, kterym restrikce valinu vede k jaderné translokaci HDAC6, ?ím? se zvy?uje aktivita TET2 a indukuje se po?kození DNA.

Je zajímavé, ?e tento snímací mechanismus je jedine?ny pro primáty a dal?í analyza mechanismu odhalila, ?e primát HDAC6 obsahuje specifickou opakující se doménu glutamátu-tetranektidu (SE14) bohatou na serin a prost?ednictvím této domény snímá hojnost valinu. Pokud jde o lé?bu nádoru, mírné omezení valinu nebo kombinace inhibitor? PARP m??e ú?inně inhibovat r?st nádoru.

Tato studie odhaluje novy mechanismus, kterym nutri?ní stres reguluje po?kození DNA prost?ednictvím epigenetické modifikace, a navrhuje novou strategii lé?by nádor? dietou s omezením valinu v kombinaci s inhibitory PARP.

Aminokyselinové senzory obvykle pot?ebují kombinovat aminokyseliny, aby rozpoznaly a reagovaly na změny v koncentraci aminokyselin uvnit? i vně buňky, aby mohly plnit svou funkci snímání.

Za ú?elem systematické identifikace protein? vázajících valin byly biotinylované valinové sondy pou?ity pro experimenty s imunokoprecipitáty v kombinaci s hmotnostní spektrometrií a nestranny screening protein? vázajících valin byl proveden chemickou biologií.

Auto?i zjistili, ?e kromě známych valyl tRNA syntetáz (VARS) vykazovala deacetyláza HDAC6 silněj?í vazebnou kapacitu D-valinu ve srovnání s VARS. Auto?i dále potvrdili, ?e HDAC6 m??e p?ímo vázat valin s afinitou Kd ≈ 2μM prost?ednictvím experiment? s izotopovou vazbou, experiment? izotermické titra?ní kalorimetrie (ITC) a experiment? tepelného driftu. Analyza strukturních charakteristik aminokyselin rozpoznávanych snímacími proteiny je u?ite?ná pro dal?í pochopení molekulárního mechanismu změny nadbytku aminokyselin vyvolané buňkami. Analyzou vazebnych experiment? analog? valinu auto?i zjistili, ?e HDAC6 rozpoznává karboxylovy terminál a postranní ?etězec valinu a m??e tolerovat amino terminální modifikaci. Navíc v HDAC6 knockout buňkách se regulace signální dráhy mTOR restrikcí valinu vyznamně neli?ila od kontroly kontrolní skupiny, co? nazna?uje, ?e tato vazba byla odli?ná od tradi?ní signální dráhy snímající aminokyseliny.

Abychom prozkoumali d?le?itou doménu a funkci HDAC6 snímání valinu. Auto?i dále ur?ili, ?e HDAC6 vá?e valin prost?ednictvím své domény SE14 prost?ednictvím experimentu vazby HDAC6 zkráceného těla. Auto?i p?ekvapivě srovnáním homologie zjistili, ?e doména SE14 je p?ítomna pouze v HDAC6 u primát?. Na rozdíl od primát? (?lověka a opice) HDAC6 se my?í HDAC6 nevá?e na valin. Toto zji?tění odhaluje rozdíly mezi r?znymi druhy v indukci valinu, co? nazna?uje, ?e evoluce druh? hraje d?le?itou roli v indukci aminokyselin.

Na základě závěru, ?e HDAC6 p?ímo vá?e valin prost?ednictvím své domény SE14, auto?i spekulovali, ?e změny vazebné síly HDAC6 a valinu mohou ovlivnit jeho strukturu a funkci, kdy? se změní mno?ství valinu v buňkách. Prost?ednictvím ?ady experiment? a v kombinaci s literaturou o d?le?ité úloze domény SE14 v cytoplazmatické retenci HDAC6 auto?i zjistili, ?e intracelulární nedostatek valinu m??e indukovat translokaci HDAC6 do jádra. Aktivní oblast enzymu (DAC1 a DAC2) se vá?e na aktivní oblast (doménu CD) DNA hydroxymethylázy TET2, podporuje deacetylaci TET2 a poté aktivuje její enzymatickou aktivitu. Pomocí methylomickych technik, jako jsou WGBS, ACE-Seq a MAB-Seq, jsme dále potvrdili, ?e intracelulární hladovění valinu m??e podporovat aktivní demetylaci DNA prost?ednictvím signální osy HDAC6-TET2. D?íve tym Andre Nussenzweiga zjistil, ?e aktivní demethylace DNA závislá na thymin DNA glykosyláze (TDG) vedla k po?kození jednovláknové DNA na neuronálním zesilova?i. Kombinací TET2 ChIP-Seq s vysoce vykonnou sekvena?ní technologií END-Seq a ddC S1 END-Seq jsme zjistili, ?e nedostatek valinu podporuje po?kození DNA. Po?kození DNA vyvolané nedostatkem valinu je také závislé na po?kození jednoho ?etězce zp?sobeného TDG excizí oxymethylcytosinu (5fC/5caC).

Celkově vzato auto?i objevili nové valinové senzory a poprvé objasnili molekulární mechanismus, kterym valin omezuje indukci po?kození DNA prost?ednictvím signální osy HDAC6-TET2-TDG, co? p?idává novy rozměr k pochopení funkce aminokyselinového stresu p?i ur?ování buně?ného osudu.

Dietní omezení nebo zacílení metabolismu a snímání aminokyselin se stalo doplňkovou strategií pro prodlou?ení ?ivota a lé?bu mnoha onemocnění, v?etně rakoviny. Vzhledem k tomu, ?e deprivace valinu m??e vyvolat po?kození DNA, auto?i dále zkoumali, zda omezení valinu hraje roli v lé?bě rakoviny. V modelu xenograftového nádoru kolorektálního karcinomu vhodná dieta s omezením valinu (0,41 % valinu, w/w) vyznamně inhibovala r?st nádoru s méně vedlej?ími ú?inky. V obou skupinách prevence i lé?by auto?i dále prokázali, ?e dieta s omezením valinu inhibovala tumorigenezi a progresi pomocí PDX modelu kolorektálního karcinomu. Ve vzorcích nádor? byly sní?ené hladiny valinu pozitivně korelovány se zvy?enymi jadernymi translokacemi HDAC6, hladinami 5hmC a po?kozením DNA. Vzhledem k tomu, ?e indukce po?kození DNA je protirakovinná terapie, je klinicky mo?né blokovat opravu DNA pomocí inhibitor? PARP. Auto?i zjistili, ?e kombinace diety s omezením valinu a inhibitoru PARP talazoparib vyznamně zesílila protinádorovy ú?inek, co? poskytlo silny d?kaz pro terapii rakoviny indukcí po?kození DNA.

Závěrem studie zjistila, ?e HDAC6 u primát? je novy protein snímající valin nezávisly na tradi?ních senzorech, odhalující rozdíly ve snímání valinu mezi r?znymi druhy, co? ukazuje na d?le?itou roli biologické evoluce p?i snímání aminokyselin.

Kromě toho tato studie objasňuje novy mechanismus interaktivní regulace nutri?ního metabolického stresu, epigenetické regulace a po?kození DNA, roz?i?uje vyznam nutri?ního metabolického stresu v biologii stresu a zji??uje, ?e kombinace valinu s omezením diety a inhibitor? PARP m??e byt pou?ita jako nová strategie pro lé?bu rakoviny.