Asidau amino yw cydrannau sylfaenol proteinau a chydrannau pwysig meinweoedd dynol, gan chwarae r?l trawsgludiad signal celloedd, rheoleiddio gweithgaredd ensymau, swyddogaeth imiwnedd a swyddogaethau ffisiolegol eraill.

Mae digonedd o asidau amino mewn celloedd yn aml yn newid mewn gwahanol gyflyrau ffisiolegol a phatholegol. Felly, mae sut mae'r corff yn synhwyro newid lefel asid amino ac yn gwneud ymateb addasol yn broblem wyddonol bwysig o straen metabolig a thynged celloedd.

Mae cysylltiad agos rhwng synhwyro asid amino annormal a chanser, diabetes, clefydau niwroddirywiol a phroses heneiddio. Felly, gall archwilio mecanwaith moleciwlaidd ymsefydlu asid amino annormal ddarparu targed newydd ar gyfer atal neu drin clefydau metabolaidd a chanser. Mae Valine, fel asid amino cadwyn canghennog hanfodol, yn chwarae rhan bwysig mewn synthesis protein, niwroymddygiad, a dilyniant lewcemia. Fodd bynnag, mae mecanwaith a swyddogaeth synhwyro cellog valine yn parhau i fod yn aneglur.

Ar 20 Tachwedd, 2024, cyhoeddodd t?m Wang Ping o Ysgol Feddygaeth Prifysgol Tongji / 10fed Ysbyty Pobl Gysylltiedig bapur ymchwil o'r enw "Human HDAC6 synhwyro helaethrwydd valine i reoleiddio difrod DNA" yn y cyfnodolyn Nature.

Nododd yr astudiaeth hon synhwyrydd newydd penodol i faline, deacetylase dynol HDAC6, a datgelodd y mecanwaith penodol a ddefnyddir i gyfyngu ar faline yn arwain at drawsleoli niwclear HDAC6, gan wella gweithgaredd TET2 a achosi difrod DNA.

Yn ddiddorol, mae'r mecanwaith synhwyro hwn yn unigryw i primatiaid, a datgelodd dadansoddiad mecanwaith pellach fod primatiaid HDAC6 yn cynnwys parth ailadrodd penodol sy'n gyfoethog mewn serine-glutamad-tetranectid (SE14) ac yn synhwyro helaethrwydd valine trwy'r parth hwn. O ran triniaeth tiwmor, gall cyfyngiad valine cymedrol neu gyfuniad o atalyddion PARP atal twf tiwmor yn effeithiol.

Mae'r astudiaeth hon yn datgelu mecanwaith newydd lle mae straen maethol yn rheoleiddio difrod DNA trwy addasu epigenetig, ac mae'n cynnig strategaeth newydd ar gyfer trin tiwmor gyda diet cyfyngedig valine ynghyd ag atalyddion PARP.

Fel arfer mae angen i synwyryddion asid amino gyfuno asidau amino er mwyn adnabod ac ymateb i newidiadau mewn crynodiad asid amino y tu mewn a'r tu allan i'r gell, er mwyn cyflawni eu swyddogaeth synhwyro.

Er mwyn nodi proteinau sy'n rhwymo valine yn systematig, defnyddiwyd stilwyr valine biotinylated ar gyfer arbrofion imiwnocopredd ynghyd a sbectrometreg màs, a pherfformiwyd sgrinio diduedd o broteinau sy'n rhwymo falin gan fioleg gemegol.

Canfu'r awduron, yn ogystal a'r synthetasau valyl tRNA hysbys (VARS), bod y deacetylase HDAC6 yn dangos gallu rhwymo D-valine cryfach o'i gymharu a VARS. Cadarnhaodd yr awduron ymhellach y gall HDAC6 rwymo valine yn uniongyrchol ag affinedd o Kd ≈ 2μM trwy arbrofion rhwymo isotopau, arbrofion calorimetreg titradiad isothermol (ITC) ac arbrofion drifft thermol. Mae'r dadansoddiad o nodweddion strwythurol asidau amino a gydnabyddir gan synhwyro proteinau yn ddefnyddiol i ddeall ymhellach fecanwaith moleciwlaidd y newid yn helaethrwydd asidau amino a achosir gan gelloedd. Trwy ddadansoddi arbrofion rhwymo analogau valine, canfu'r awduron fod HDAC6 yn cydnabod terfynell carboxyl a chadwyn ochr valine a gall oddef yr addasiad terfynell amino. Yn ogystal, mewn celloedd cnocio HDAC6, nid oedd rheoleiddio llwybr signalau mTOR trwy gyfyngiad valine yn sylweddol wahanol i un y gr?p rheoli, gan awgrymu bod y rhwymiad hwn yn wahanol i'r llwybr signalau synhwyro asid amino traddodiadol.

Er mwyn archwilio parth a swyddogaeth bwysig synhwyro HDAC6 valine. Penderfynodd yr awduron ymhellach fod HDAC6 yn clymu valine trwy ei barth SE14 trwy arbrawf rhwymo corff cwtogi HDAC6. Yn syndod, canfu’r awduron trwy gymharu homolegau fod parth SE14 ond yn bresennol yn HDAC6 mewn primatiaid. Yn wahanol i primatiaid (dynol a mwnci) HDAC6, nid yw llygoden HDAC6 yn rhwymo i valine. Mae'r canfyddiad hwn yn datgelu'r gwahaniaethau rhwng gwahanol rywogaethau mewn anwythiad valine, gan awgrymu bod esblygiad rhywogaethau yn chwarae rhan bwysig mewn anwythiad asid amino.

Yn seiliedig ar y casgliad bod HDAC6 yn rhwymo valine yn uniongyrchol trwy ei barth SE14, roedd yr awduron yn dyfalu y gallai newidiadau yng nghryfder rhwymo HDAC6 a valine effeithio ar ei strwythur a'i swyddogaeth pan fydd digonedd y valine mewn celloedd yn newid. Trwy gyfres o arbrofion a'u cyfuno a'r llenyddiaeth ar r?l bwysig y parth SE14 yng nghadw cytoplasmig HDAC6, canfu'r awduron y gall diffyg mewngellog faline achosi trawsleoli HDAC6 i'r cnewyllyn. Mae'r rhanbarth gweithredol ensym (DAC1 a DAC2) yn rhwymo i ranbarth gweithredol (parth CD) y DNA hydroxymethylase TET2, gan hyrwyddo dadacetylation TET2, ac yna'n actifadu ei weithgaredd ensymau. Gan ddefnyddio technegau methylomeg fel WGBS, ACE-Seq a MAB-Seq, gwnaethom gadarnhau ymhellach y gall newyn mewngellol mewn faline hyrwyddo dadmethyliad DNA gweithredol trwy echel signal HDAC6-TET2. Yn flaenorol, canfu t?m Andre Nussenzweig fod demethylation DNA gweithredol thymin glycosylase (TDG)-ddibynnol yn arwain at ddifrod DNA un llinyn ar enhancer niwronaidd. Trwy gyfuno TET2 ChIP-Seq a thechnoleg dilyniannu trwybwn uchel END-Seq a ddC S1 END-Seq, penderfynasom fod diffyg valine yn hyrwyddo difrod DNA. Mae'r difrod DNA a achosir gan ddiffyg faline hefyd yn dibynnu ar y difrod llinyn sengl a achosir gan dorri TDG o oxymethylcytosine (5fC/5caC).

Gyda'i gilydd, darganfu'r awduron synwyryddion valine newydd ac am y tro cyntaf eglurwyd y mecanwaith moleciwlaidd y mae valine yn ei ddefnyddio i gyfyngu ar anwythiad difrod DNA trwy echel signalau HDAC6-TET2-TDG, gan ychwanegu dimensiwn newydd at y ddealltwriaeth o swyddogaeth straen asid amino wrth bennu tynged celloedd.

Mae cyfyngu neu dargedu dietegol metaboledd a synhwyro asid amino wedi dod yn strategaeth atodol ar gyfer ymestyn bywyd a thrin llawer o afiechydon, gan gynnwys canser. O ystyried y gall amddifadedd valine achosi niwed i DNA, ymchwiliodd yr awduron ymhellach i weld a yw cyfyngiad ar faline yn chwarae rhan mewn triniaeth canser. Mewn model tiwmor xenograft canser colorefrol, roedd diet priodol a chyfyngiad valine (0.41% valine, w/w) yn atal twf tiwmor yn sylweddol gyda llai o sg?l-effeithiau. Yn y grwpiau atal a thrin, dangosodd yr awduron ymhellach fod diet a chyfyngiad valine yn atal tiwmorigenesis a dilyniant gan ddefnyddio model PDX canser colorectol. Mewn samplau tiwmor, roedd cydberthynas gadarnhaol rhwng lefelau faline is a mwy o drawsleoliadau niwclear HDAC6, lefelau 5hmC, a difrod DNA. Gan fod achosi difrod DNA yn therapi gwrthganser, mae'n glinigol bosibl rhwystro atgyweirio DNA trwy ddefnyddio atalyddion PARP. Canfu'r awduron fod y cyfuniad o ddeiet cyfyngedig valine ac atalydd PARP talazoparib yn gwella'r effaith gwrth-tiwmor yn sylweddol, gan ddarparu tystiolaeth gref ar gyfer y therapi i drin canser trwy achosi difrod DNA.

I gloi, canfu'r astudiaeth fod HDAC6 mewn primatiaid yn brotein synhwyro valine newydd sy'n annibynnol ar synwyryddion traddodiadol, gan ddatgelu gwahaniaethau mewn synhwyro valine ymhlith gwahanol rywogaethau, sy'n dangos r?l bwysig esblygiad biolegol mewn synhwyro asid amino.

Yn ogystal, mae'r astudiaeth hon yn egluro mecanwaith newydd ar gyfer rheoleiddio rhyngweithiol straen metabolig maethol, rheoleiddio epigenetig a difrod DNA, yn ehangu pwysigrwydd straen metabolig maethol mewn bioleg straen, ac yn canfod y gellir defnyddio'r cyfuniad o atalyddion diet cyfyngedig valine ac PARP fel strategaeth newydd ar gyfer trin canser.