Aminohapped on valkude p?hikomponendid ja inimkudede olulised komponendid, m?ngides raku signaaliülekande, ensüümide aktiivsuse reguleerimise, immuunfunktsiooni ja muude füsioloogiliste funktsioonide rolli.

Aminohapete rohkus rakkudes muutub sageli erinevates füsioloogilistes ja patoloogilistes seisundites. Seet?ttu on oluline metaboolse stressi ja raku saatuse teaduslik probleem, kuidas organism tunnetab aminohapete taseme muutust ja annab adaptiivse vastuse.

Ebanormaalne aminohapete tuvastamine on tihedalt seotud v?hi, diabeedi, neurodegeneratiivsete haiguste ja vananemisprotsessiga. Seet?ttu v?ib ebanormaalsete aminohapete esilekutsumise molekulaarse mehhanismi uurimine anda uue sihtm?rgi metaboolsete haiguste ja v?hi ennetamiseks v?i raviks. Valiin kui asendamatu hargnenud ahelaga aminohape m?ngib olulist rolli valkude sünteesis, neurok?itumises ja leukeemia progresseerumises. Valiini raku tuvastamise mehhanism ja funktsioon j??vad siiski ebaselgeks.

20. novembril 2024 avaldas Wang Pingi meeskond Tongji ülikooli meditsiinikoolist / 10th Affiliated People's Hospital ajakirjas Nature uurimist?? pealkirjaga "Inimese HDAC6 tunnetab valiini arvukust DNA kahjustuste reguleerimiseks".

Selles uuringus tuvastati uudne valiinispetsiifiline andur, inimese deatsetülaas HDAC6, ja paljastas spetsiifilise mehhanismi, mille abil valiini piiramine viib HDAC6 tuuma translokatsioonini, suurendades seel?bi TET2 aktiivsust ja p?hjustades DNA kahjustusi.

Huvitaval kombel on see tuvastusmehhanism primaatide jaoks ainulaadne ja edasine mehhanismi analüüs n?itas, et primaatide HDAC6 sisaldab spetsiifilist seriinirikast glutamaattetranektiidi (SE14) kordusdomeeni ja tunneb selle domeeni kaudu valiini arvukust. Kasvaja ravi osas v?ib m??dukas valiini piiramine v?i PARP inhibiitorite kombinatsioon t?husalt inhibeerida kasvaja kasvu.

See uuring paljastab uudse mehhanismi, mille abil toitumisstress reguleerib DNA kahjustusi epigeneetilise modifikatsiooni kaudu, ja pakub v?lja uudse strateegia kasvaja raviks valiiniga piiratud dieediga koos PARP inhibiitoritega.

Aminohappesensorid peavad tavaliselt aminohappeid kombineerima, et tuvastada ja reageerida aminohapete kontsentratsiooni muutustele rakus ja v?ljaspool, et t?ita oma tuvastusfunktsiooni.

Valiini siduvate valkude süstemaatiliseks tuvastamiseks kasutati biotinüülitud valiini sonde immunokosadestamise katseteks koos massispektromeetriaga ning valiini siduvate valkude erapooletu skriinimine viidi l?bi keemilise bioloogia abil.

Autorid leidsid, et lisaks teadaolevatele valüül-tRNA süntetaasidele (VARS) n?itas deatsetülaas HDAC6 tugevamat D-valiini sidumisv?imet v?rreldes VARS-iga. Lisaks kinnitasid autorid, et HDAC6 suudab isotoopide sidumise katsete, isotermilise tiitrimise kalorimeetria (ITC) katsete ja termilise triivi katsete abil otseselt siduda valiini afiinsusega Kd ≈ 2 μM. Sensoorsete valkude poolt ?ratuntavate aminohapete struktuuriomaduste analüüs aitab paremini m?ista rakkude poolt indutseeritud aminohapete arvukuse muutumise molekulaarset mehhanismi. Analüüsides valiini analoogide seondumiskatseid, leidsid autorid, et HDAC6 tunneb ?ra valiini karboksüülterminali ja k?rvalahela ning talub aminoterminaalset modifikatsiooni. Lisaks ei erinenud HDAC6 knockout rakkudes mTOR signalisatsiooniraja reguleerimine valiini restriktsiooniga oluliselt kontrollrühma omast, mis viitab sellele, et see seondumine erines traditsioonilisest aminohapete tuvastamise signaalirajast.

HDAC6 sensori valiini olulise domeeni ja funktsiooni uurimiseks. Lisaks tegid autorid kindlaks, et HDAC6 seob valiini oma SE14 domeeni kaudu HDAC6 k?rbitud keha sidumiskatse kaudu. üllataval kombel leidsid autorid homoloogia v?rdluse abil, et SE14 domeen esineb HDAC6-s ainult primaatidel. Erinevalt primaadi (inimene ja ahv) HDAC6-st ei seondu hiire HDAC6 valiiniga. See leid n?itab erinevusi erinevate liikide vahel valiini induktsioonis, mis viitab sellele, et liikide evolutsioon m?ngib aminohapete induktsioonis olulist rolli.

Tuginedes j?reldusele, et HDAC6 seob valiini otse oma SE14 domeeni kaudu, oletasid autorid, et muutused HDAC6 ja valiini sidumistugevuses v?ivad m?jutada selle struktuuri ja funktsiooni, kui valiini arvukus rakkudes muutub. L?bi mitmete katsete ja koos kirjandusega SE14 domeeni olulise rolli kohta HDAC6 tsütoplasmaatilises retentsioonis leidsid autorid, et rakusisene valiini puudulikkus v?ib indutseerida HDAC6 translokatsiooni tuuma. Ensüümi aktiivne piirkond (DAC1 ja DAC2) seondub DNA hüdroksümetülaasi TET2 aktiivse piirkonnaga (CD domeen), soodustades TET2 deatsetüülimist ja seej?rel aktiveerides selle ensüümi aktiivsust. Kasutades metüloomika tehnikaid, nagu WGBS, ACE-Seq ja MAB-Seq, kinnitasime lisaks, et rakusisene valiini n?lg v?ib soodustada aktiivset DNA demetüleerimist HDAC6-TET2 signaalitelje kaudu. Varem leidis Andre Nussenzweigi meeskond, et tümiini DNA glükosülaasi (TDG) s?ltuv aktiivne DNA demetüleerimine p?hjustas neuronite v?imendaja DNA üheahelalise kahjustuse. Kombineerides TET2 ChIP-Seq suure l?bilaskev?imega sekveneerimistehnoloogiaga END-Seq ja ddC S1 END-Seq, tegime kindlaks, et valiini puudulikkus soodustab DNA kahjustusi. Valiini puudulikkusest p?hjustatud DNA kahjustus s?ltub ka oksümetüültsütosiini (5fC/5caC) TDG ekstsisioonist p?hjustatud üheahelalisest kahjustusest.

Kokkuv?ttes avastasid autorid uudsed valiiniandurid ja selgitasid esimest korda molekulaarset mehhanismi, mille abil valiin piirab DNA kahjustuste esilekutsumist HDAC6-TET2-TDG signaalitelje kaudu, lisades uue m??tme aminohapete stressi funktsiooni m?istmisele raku saatuse m??ramisel.

Toitumise piiramine v?i aminohapete metabolismi ja tuvastamise sihtimine on muutunud t?iendavaks strateegiaks eluea pikendamisel ja paljude haiguste, sealhulgas v?hi ravimisel. Arvestades, et valiini puudumine v?ib p?hjustada DNA kahjustusi, uurisid autorid t?iendavalt, kas valiini piiramine m?ngib v?hiravis rolli. Kolorektaalse v?hi ksenotransplantaadi kasvaja mudelis p?rssis sobiv valiiniga piiratud dieet (0, 41% valiini, w/w) m?rkimisv??rselt kasvaja kasvu v?hemate k?rvalm?judega. Nii ennetus- kui ka ravirühmades n?itasid autorid lisaks, et valiiniga piiratud dieet p?rssis tuumorigeneesi ja progresseerumist, kasutades kolorektaalse v?hi PDX mudelit. Kasvajaproovides korreleerus langenud valiini tase positiivselt HDAC6 tuuma translokatsioonide, 5hmC tasemete ja DNA kahjustustega. Kuna DNA kahjustuse esilekutsumine on v?hivastane ravi, on kliiniliselt v?imalik DNA paranemist blokeerida, kasutades PARP inhibiitoreid. Autorid leidsid, et valiiniga piiratud dieedi ja PARP-i inhibiitori talasopariibi kombinatsioon suurendas oluliselt kasvajavastast toimet, pakkudes tugevaid t?endeid v?hkt?ve ravi kohta DNA kahjustuste esilekutsumisega.

Kokkuv?tteks leiti uuringus, et HDAC6 primaatides on uudne valiini tuvastav valk, mis ei s?ltu traditsioonilistest anduritest, paljastades erinevused valiini tuvastamises erinevate liikide vahel, mis n?itab bioloogilise evolutsiooni olulist rolli aminohapete tuvastamisel.

Lisaks selgitab see uuring toitumise metaboolse stressi, epigeneetilise regulatsiooni ja DNA kahjustuste interaktiivse reguleerimise uut mehhanismi, suurendab toitumisalase metaboolse stressi t?htsust stressibioloogias ja leiab, et valiiniga piiratud dieedi ja PARP inhibiitorite kombinatsiooni saab kasutada uue v?hiravi strateegiana.