Aminosyrer er de grundl?ggende komponenter i proteiner og vigtige komponenter i humant v?v, som spiller rollen som cellesignaltransduktion, enzymaktivitetsregulering, immunfunktion og andre fysiologiske funktioner.

Overflod af aminosyrer i celler ?ndrer sig ofte i forskellige fysiologiske og patologiske tilstande. Derfor er det et vigtigt videnskabeligt problem med metabolisk stress og cellesk?bne, hvordan kroppen fornemmer ?ndringen af ??aminosyreniveauet og foretager en adaptiv reaktion.

Unormal aminosyresansing er t?t forbundet med kr?ft, diabetes, neurodegenerative sygdomme og aldringsprocessen. Derfor kan udforskning af den molekyl?re mekanisme for unormal aminosyreinduktion give et nyt m?l for forebyggelse eller behandling af metaboliske sygdomme og cancer. Valin, som en essentiel forgrenet aminosyre, spiller en vigtig rolle i proteinsyntese, neuroadf?rd og leuk?miprogression. Mekanismen og funktionen af ??cellul?r sansning af valin forbliver imidlertid uklar.

Den 20. november 2024 offentliggjorde Wang Pings team fra Tongji University School of Medicine / 10th Affiliated People's Hospital en forskningsartikel med titlen "Human HDAC6 senses valine abundancy to regulate DNA damage" i tidsskriftet Nature.

Denne unders?gelse identificerede en ny valinspecifik sensor, human deacetylase HDAC6, og afsl?rede den specifikke mekanisme, hvorved valinrestriktion f?rer til nuklear translokation af HDAC6, hvorved TET2-aktiviteten forbedres og DNA-skade induceres.

Interessant nok er denne sansemekanisme unik for primater, og yderligere mekanismeanalyse afsl?rede, at primat HDAC6 indeholder et specifikt serinrigt glutamat-tetranectide (SE14) gentagelsesdom?ne og registrerer valinoverflod gennem dette dom?ne. Med hensyn til tumorbehandling kan moderat valinrestriktion eller kombination af PARP-h?mmere effektivt h?mme tumorv?kst.

Denne unders?gelse afsl?rer en ny mekanisme, hvorved ern?ringsm?ssig stress regulerer DNA-skader gennem epigenetisk modifikation, og foresl?r en ny strategi for tumorbehandling med valin-begr?nset di?t kombineret med PARP-h?mmere.

Aminosyresensorer skal normalt kombinere aminosyrer for at genkende og reagere p? ?ndringer i aminosyrekoncentrationen i og uden for cellen for at udf?re deres sansefunktion.

For systematisk at identificere valin-bindende proteiner blev biotinylerede valin-prober brugt til immunopr?cipitat-eksperimenter kombineret med massespektrometri, og objektiv screening af valin-bindende proteiner blev udf?rt ved kemisk biologi.

Forfatterne fandt, at ud over de kendte valyl-tRNA-syntetaser (VARS) viste deacetylasen HDAC6 en st?rkere D-valin-bindingskapacitet sammenlignet med VARS. Forfatterne bekr?ftede yderligere, at HDAC6 direkte kan binde valin med en affinitet p? Kd ≈ 2μM gennem isotopbindingsfors?g, isotermisk titreringskalorimetri (ITC) eksperimenter og termiske drifteksperimenter. Analysen af ??de strukturelle karakteristika af aminosyrer, der genkendes af sanseproteiner, er nyttig til yderligere at forst? den molekyl?re mekanisme af ?ndringen af ??aminosyreoverflod induceret af celler. Ved at analysere bindingsfors?gene af valinanaloger fandt forfatterne ud af, at HDAC6 genkender carboxylterminalen og sidek?den af ??valin og kan tolerere den aminoterminale modifikation. Derudover var reguleringen af ??mTOR-signalvejen ved valinrestriktion i HDAC6-knockout-celler ikke signifikant forskellig fra kontrolgruppens, hvilket tyder p?, at denne binding var forskellig fra den traditionelle aminosyresensing-signalvej.

For at udforske det vigtige dom?ne og funktion af HDAC6 sensing valin. Forfatterne fastslog endvidere, at HDAC6 binder valin gennem dets SE14-dom?ne gennem HDAC6 trunkerede kropsbindingseksperimentet. Overraskende fandt forfatterne ved homologisk sammenligning, at SE14-dom?net kun er til stede i HDAC6 hos primater. I mods?tning til primat (menneske og abe) HDAC6, binder mus HDAC6 ikke til valin. Dette fund afsl?rer forskellene mellem forskellige arter i valin-induktion, hvilket tyder p?, at artsudvikling spiller en vigtig rolle i aminosyreinduktion.

Baseret p? konklusionen om, at HDAC6 direkte binder valin gennem dets SE14-dom?ne, spekulerede forfatterne i, at ?ndringer i bindingsstyrken af ??HDAC6 og valin kan p?virke dets struktur og funktion, n?r forekomsten af ??valin i celler ?ndres. Gennem en r?kke eksperimenter og kombineret med litteraturen om SE14-dom?nets vigtige rolle i den cytoplasmatiske retention af HDAC6 fandt forfatterne ud af, at intracellul?r valinmangel kan inducere HDAC6-translokation til kernen. Enzymets aktive region (DAC1 og DAC2) binder til den aktive region (CD-dom?ne) af DNA-hydroxymethylase TET2, fremmer deacetyleringen af ??TET2 og aktiverer derefter dets enzymaktivitet. Ved hj?lp af methylomics-teknikker s?som WGBS, ACE-Seq og MAB-Seq bekr?ftede vi yderligere, at intracellul?r valin-sult kan fremme aktiv DNA-demethylering gennem HDAC6-TET2-signalaksen. Tidligere fandt Andre Nussenzweigs team, at thymin-DNA-glycosylase (TDG)-afh?ngig aktiv DNA-demethylering resulterede i DNA-enkeltstrengsskade p? neuronal enhancer. Ved at kombinere TET2 ChIP-Seq med high-throughput sekventeringsteknologi END-Seq og ddC S1 END-Seq, fastslog vi, at valinmangel fremmer DNA-skade. DNA-skaden induceret af valinmangel er ogs? afh?ngig af enkeltstrengsskaden for?rsaget af TDG-udsk?ring af oxymethylcytosin (5fC/5caC).

Tilsammen opdagede forfatterne nye valinsensorer og belyste for f?rste gang den molekyl?re mekanisme, hvorved valin begr?nser induktionen af ??DNA-skade via HDAC6-TET2-TDG-signalaksen, hvilket tilf?jede en ny dimension til forst?elsen af ??funktionen af ??aminosyrestress i cellesk?bnebestemmelse.

Kostbegr?nsning eller m?lretning af aminosyremetabolisme og sensing er blevet en supplerende strategi for livsforl?ngelse og behandling af mange sygdomme, herunder kr?ft. I betragtning af, at valin-deprivation kan inducere DNA-skade, unders?gte forfatterne yderligere, om valin-restriktion spiller en rolle i kr?ftbehandling. I en kolorektal cancer xenograft tumormodel h?mmede en passende valin-begr?nset di?t (0,41 % valin, w/w) signifikant tumorv?kst med f?rre bivirkninger. I b?de forebyggelses- og behandlingsgrupperne p?viste forfatterne yderligere, at en valin-begr?nset di?t h?mmede tumorgenese og progression ved hj?lp af en kolorektal cancer PDX-model. I tumorpr?ver var nedsatte valinniveauer positivt korreleret med ?gede HDAC6-nukleare translokationer, 5hmC-niveauer og DNA-skade. Da inducering af DNA-skade er en anticancerterapi, er det klinisk muligt at blokere DNA-reparation ved at bruge PARP-h?mmere. Forfatterne fandt ud af, at kombinationen af ??valin-begr?nset di?t og PARP-h?mmer talazoparib signifikant forbedrede antitumoreffekten, hvilket giver st?rke beviser for behandlingen til behandling af cancer ved at inducere DNA-skade.

Som konklusion fandt unders?gelsen ud af, at HDAC6 hos primater er et nyt valin-sensing-protein uafh?ngigt af traditionelle sensorer, hvilket afsl?rer forskelle i valin-sensing blandt forskellige arter, hvilket indikerer den vigtige rolle, biologisk evolution har i aminosyre-sensing.

Derudover belyser denne unders?gelse en ny mekanisme for den interaktive regulering af ern?ringsm?ssigt metabolisk stress, epigenetisk regulering og DNA-skader, udvider betydningen af ??ern?ringsm?ssigt metabolisk stress i stressbiologi og finder ud af, at kombinationen af ??valin-begr?nset di?t og PARP-h?mmere kan bruges som en ny strategi for kr?ftbehandling.