Aminohapot ovat proteiinien peruskomponentteja ja t?rkeit? ihmisen kudosten komponentteja, ja niill? on rooli solusignaalin v?litt?j?n?, entsyymitoiminnan s??telyn?, immuunitoiminnassa ja muissa fysiologisissa toiminnoissa.

Aminohappojen m??r? soluissa muuttuu usein erilaisissa fysiologisissa ja patologisissa tiloissa. Siksi se, miten elimist? aistii aminohappotason muutoksen ja tekee adaptiivisen vasteen, on t?rke? tieteellinen metabolisen stressin ja solun kohtalon ongelma.

Ep?normaali aminohappotunnistus liittyy l?heisesti sy?p??n, diabetekseen, hermostoa rappeutuviin sairauksiin ja ik??ntymisprosessiin. Siksi ep?normaalin aminohappojen induktion molekyylimekanismin tutkiminen voi tarjota uuden kohteen aineenvaihduntasairauksien ja sy?v?n ehk?isyyn tai hoitoon. Valiinilla, v?ltt?m?tt?m?n? haaraketjuisena aminohapona, on t?rke? rooli proteiinisynteesiss?, hermoston k?ytt?ytymisess? ja leukemian etenemisess?. Valiinin solutunnistuksen mekanismi ja toiminta ovat kuitenkin ep?selvi?.

20. marraskuuta 2024 Wang Pingin tiimi Tongjin yliopiston l??ketieteellisest? korkeakoulusta / 10th Affiliated People's Hospital julkaisi Nature-lehdess? tutkimuspaperin nimelt? "Human HDAC6 senses valine abundancy to s??dell? DNA-vaurioita".

T?m? tutkimus tunnisti uuden valiinispesifisen anturin, ihmisen deasetylaasi HDAC6:n, ja paljasti spesifisen mekanismin, jolla valiinin restriktio johtaa HDAC6:n tumaan translokaatioon, mik? tehostaa TET2-aktiivisuutta ja aiheuttaa DNA-vaurioita.

Mielenkiintoista on, ett? t?m? tunnistusmekanismi on ainutlaatuinen k?dellisille, ja lis?mekanismin analyysi paljasti, ett? k?dellisten HDAC6 sis?lt?? spesifisen seriinirikkaan glutamaattitetranektidin (SE14) toistodomeenin ja havaitsee valiinin runsauden t?m?n domeenin kautta. Kasvaimen hoidon kannalta kohtalainen valiinin rajoittaminen tai PARP-inhibiittorien yhdistelm? voi tehokkaasti est?? kasvaimen kasvua.

T?m? tutkimus paljastaa uuden mekanismin, jolla ravitsemusstressi s??telee DNA-vaurioita epigeneettisen modifikoinnin kautta, ja ehdottaa uutta strategiaa kasvainten hoidolle valiinirajoitteisella ruokavaliolla yhdistettyn? PARP-est?jiin.

Aminohapposensoreiden on tavallisesti yhdistett?v? aminohappoja tunnistaakseen aminohappopitoisuuden muutokset solun sis?ll? ja ulkopuolella ja vastatakseen niihin, jotta ne voivat suorittaa tunnistusteht?v?ns?.

Valiinia sitovien proteiinien systemaattiseksi tunnistamiseksi biotinyloituja valiinikoettimia k?ytettiin immunoko- saostuskokeisiin yhdistettyn? massaspektrometriaan, ja valiiinia sitovien proteiinien puolueeton seulonta suoritettiin kemiallisella biologialla.

Kirjoittajat havaitsivat, ett? tunnettujen valyyli-tRNA-syntetaasien (VARS) lis?ksi deasetylaasi HDAC6 osoitti vahvempaa D-valiinin sitoutumiskapasiteettia verrattuna VARS:iin. Kirjoittajat vahvistivat lis?ksi, ett? HDAC6 voi sitoa valiinia suoraan Kd:n affiniteetilla ≈ 2 μM isotooppisitoutumiskokeiden, isotermisen titrauskalorimetrian (ITC) kokeiden ja l?mp?drift-kokeiden avulla. Proteiinien tunnistamien aminohappojen rakenteellisten ominaisuuksien analyysi auttaa ymm?rt?m??n paremmin solujen aiheuttaman aminohappom??r?n muutoksen molekyylimekanismia. Analysoimalla valiinianalogien sitoutumiskokeita, kirjoittajat havaitsivat, ett? HDAC6 tunnistaa valiinin karboksyylip??n ja sivuketjun ja voi siet?? aminoterminaalista modifikaatiota. Lis?ksi HDAC6-poistosoluissa mTOR-signalointireitin s??tely valiinin restriktiolla ei eronnut merkitt?v?sti kontrolliryhm?n s??telyst?, mik? viittaa siihen, ett? t?m? sitoutuminen erosi perinteisest? aminohappoa tunnistavasta signalointireitist?.

Tutkiakseen HDAC6:n tunnistavan valiinin t?rke?? aluetta ja toimintaa. Kirjoittajat m??ritteliv?t lis?ksi, ett? HDAC6 sitoo valiinia SE14-domeeninsa kautta HDAC6:n katkaistun kehon sitoutumiskokeen kautta. Yll?tt?en kirjoittajat havaitsivat homologiavertailulla, ett? SE14-domeeni on l?sn? vain k?dellisten HDAC6:ssa. Toisin kuin k?delliset (ihminen ja apina) HDAC6, hiiren HDAC6 ei sitoudu valiiniin. T?m? havainto paljastaa erot eri lajien v?lill? valiinin induktiossa, mik? viittaa siihen, ett? lajien evoluutiolla on t?rke? rooli aminohappojen induktiossa.

Sen p??telm?n perusteella, ett? HDAC6 sitoo valiinia suoraan SE14-domeeninsa kautta, kirjoittajat arvelivat, ett? muutokset HDAC6:n ja valiinin sitoutumisvoimakkuudessa voivat vaikuttaa sen rakenteeseen ja toimintaan, kun valiinin m??r? soluissa muuttuu. Useiden kokeiden avulla ja yhdistettyn? kirjallisuuteen SE14-domeenin t?rke?st? roolista HDAC6:n sytoplasmisessa retentiossa, kirjoittajat havaitsivat, ett? solunsis?inen valiinin puute voi indusoida HDAC6-translokaatiota ytimeen. Entsyymiaktiivinen alue (DAC1 ja DAC2) sitoutuu DNA-hydroksimetylaasi TET2:n aktiiviseen alueeseen (CD-domeeni) edist?en TET2:n deasetylaatiota ja aktivoiden sitten sen entsyymiaktiivisuutta. K?ytt?m?ll? metylomiikkatekniikoita, kuten WGBS, ACE-Seq ja MAB-Seq, vahvistimme lis?ksi, ett? solunsis?inen valiinin n?lk? voi edist?? aktiivista DNA:n demetylaatiota HDAC6-TET2-signaaliakselin kautta. Aiemmin Andre Nussenzweigin tiimi havaitsi, ett? tymiini-DNA-glykosylaasin (TDG) riippuvainen aktiivinen DNA-demetylaatio johti DNA:n yksijuosteiseen vaurioon hermosolujen tehostajassa. Yhdist?m?ll? TET2 ChIP-Seqin korkean suorituskyvyn sekvensointiteknologiaan END-Seq ja ddC S1 END-Seq, p??timme, ett? valiinin puute edist?? DNA-vaurioita. Valiinin puutteen aiheuttama DNA-vaurio riippuu my?s oksimetyylisytosiinin (5fC/5caC) TDG-leikkauksen aiheuttamasta yksijuostevauriosta.

Kaiken kaikkiaan kirjoittajat l?ysiv?t uusia valiiniantureita ja selvittiv?t ensimm?ist? kertaa molekyylimekanismin, jolla valiini rajoittaa DNA-vaurioiden induktiota HDAC6-TET2-TDG-signalointiakselin kautta, mik? lis?si uuden ulottuvuuden ymm?rt?m??n aminohappostressin toimintaa solun kohtalon m??rittelyss?.

Ruokavalion rajoittamisesta tai aminohappojen aineenvaihdunnan ja havaitsemisen kohdistamisesta on tullut lis?strategia elini?n pident?miseen ja monien sairauksien, mukaan lukien sy?v?n, hoitoon. Ottaen huomioon, ett? valiinin puute voi aiheuttaa DNA-vaurioita, kirjoittajat tutkivat edelleen, onko valiinin rajoittamisella merkityst? sy?v?n hoidossa. Kolorektaalisen sy?v?n ksenograftikasvainmallissa sopiva valiinirajoitettu ruokavalio (0,41 % valiinia, w/w) esti merkitt?v?sti kasvaimen kasvua v?hemm?ll? sivuvaikutuksella. Sek? ehk?isy- ett? hoitoryhmiss? kirjoittajat osoittivat lis?ksi, ett? valiinirajoitettu ruokavalio esti kasvainten muodostumista ja etenemist? k?ytt?m?ll? kolorektaalisy?v?n PDX-mallia. Kasvainn?ytteiss? alentuneet valiinitasot korreloivat positiivisesti lis??ntyneiden HDAC6-tuman translokaatioiden, 5hmC-tasojen ja DNA-vaurion kanssa. Koska DNA-vaurion aiheuttaminen on sy?v?n vastaista hoitoa, on kliinisesti mahdollista est?? DNA:n korjautuminen k?ytt?m?ll? PARP-est?ji?. Kirjoittajat havaitsivat, ett? valiinirajoitetun ruokavalion ja PARP-est?j?n talatsoparibin yhdistelm? tehosti merkitt?v?sti kasvainten vastaista vaikutusta tarjoten vahvaa n?ytt?? sy?v?n hoidosta DNA-vaurioita aiheuttamalla.

Yhteenvetona voidaan todeta, ett? tutkimuksessa todettiin, ett? HDAC6 k?dellisiss? on uusi, perinteisist? sensoreista riippumaton valiinia tunnistava proteiini, joka paljastaa eroja eri lajien v?lill?, mik? osoittaa biologisen evoluution t?rke?n roolin aminohappotunnistuksessa.

Lis?ksi t?ss? tutkimuksessa selvitet??n uusi mekanismi ravitsemuksellisen metabolisen stressin, epigeneettisen s??telyn ja DNA-vaurion vuorovaikutteisessa s??telyss?, laajennetaan ravitsemuksellisen metabolisen stressin merkityst? stressibiologiassa ja havaitaan, ett? valiinirajoitteisen ruokavalion ja PARP-est?jien yhdistelm?? voidaan k?ytt?? uutena strategiana sy?v?n hoidossa.