Les acides aminés sont les composants de base des protéines et des composants importants des tissus humains, jouant le r?le de transduction du signal cellulaire, de régulation de l'activité enzymatique, de fonction immunitaire et d'autres fonctions physiologiques.

L'abondance des acides aminés dans les cellules varie souvent selon les états physiologiques et pathologiques. Par conséquent, la manière dont l'organisme per?oit les variations de leur concentration et réagit de manière adaptative constitue un problème scientifique important lié au stress métabolique et au devenir cellulaire.

La détection anormale des acides aminés est étroitement liée au cancer, au diabète, aux maladies neurodégénératives et au vieillissement. Par conséquent, l'exploration du mécanisme moléculaire de l'induction anormale des acides aminés pourrait fournir une nouvelle cible pour la prévention ou le traitement des maladies métaboliques et du cancer. La valine, acide aminé essentiel à cha?ne ramifiée, joue un r?le important dans la synthèse des protéines, le comportement neurologique et la progression de la leucémie. Cependant, le mécanisme et la fonction de la détection cellulaire de la valine restent flous.

Le 20 novembre 2024, l'équipe de Wang Ping de la faculté de médecine de l'université de Tongji / 10e h?pital populaire affilié a publié un article de recherche intitulé ? Human HDAC6 sense l'abondance de valine pour réguler les dommages à l'ADN ? dans la revue Nature.

Cette étude a identifié un nouveau capteur spécifique à la valine, la désacétylase humaine HDAC6, et a révélé le mécanisme spécifique par lequel la restriction de la valine conduit à la translocation nucléaire de HDAC6, améliorant ainsi l'activité de TET2 et induisant des dommages à l'ADN.

Il est intéressant de noter que ce mécanisme de détection est propre aux primates, et une analyse plus approfondie a révélé que le gène HDAC6 des primates contient un domaine spécifique de répétition glutamate-tétranectide (SE14) riche en sérine et détecte l'abondance de valine via ce domaine. En termes de traitement tumoral, une restriction modérée de la valine ou une combinaison d'inhibiteurs de PARP peuvent inhiber efficacement la croissance tumorale.

Cette étude révèle un nouveau mécanisme par lequel le stress nutritionnel régule les dommages à l'ADN par modification épigénétique, et propose une nouvelle stratégie pour le traitement des tumeurs avec un régime alimentaire restreint en valine combiné à des inhibiteurs de PARP.

Les capteurs d’acides aminés doivent généralement combiner des acides aminés afin de reconna?tre et de répondre aux changements de concentration en acides aminés à l’intérieur et à l’extérieur de la cellule, afin de remplir leur fonction de détection.

Afin d'identifier systématiquement les protéines de liaison à la valine, des sondes de valine biotinylées ont été utilisées pour des expériences d'immunocoprécipité combinées à la spectrométrie de masse, et un criblage impartial des protéines de liaison à la valine a été effectué par biologie chimique.

Fran?ais Les auteurs ont constaté qu'en plus des valyl tRNA synthétases (VARS) connues, la désacétylase HDAC6 présentait une capacité de liaison à la D-valine plus forte que VARS. Les auteurs ont également confirmé que HDAC6 peut se lier directement à la valine avec une affinité de Kd ≈ 2 μM grace à des expériences de liaison isotopique, des expériences de calorimétrie de titration isotherme (ITC) et des expériences de dérive thermique. L'analyse des caractéristiques structurelles des acides aminés reconnus par les protéines de détection est utile pour mieux comprendre le mécanisme moléculaire de la modification de l'abondance des acides aminés induite par les cellules. En analysant les expériences de liaison des analogues de la valine, les auteurs ont constaté que HDAC6 reconna?t le terminal carboxyle et la cha?ne latérale de la valine et peut tolérer la modification du terminal aminé. De plus, dans les cellules knockout HDAC6, la régulation de la voie de signalisation mTOR par restriction de la valine n'était pas significativement différente de celle du groupe témoin, suggérant que cette liaison était différente de la voie de signalisation traditionnelle de détection des acides aminés.

Afin d'explorer le domaine et la fonction importants de la détection de la valine par HDAC6, les auteurs ont également déterminé que HDAC6 se lie à la valine via son domaine SE14 grace à l'expérience de liaison du corps tronqué de HDAC6. étonnamment, les auteurs ont découvert, par comparaison d'homologie, que le domaine SE14 n'est présent dans HDAC6 que chez les primates. Contrairement à HDAC6 de primate (humain et singe), HDAC6 de souris ne se lie pas à la valine. Cette découverte révèle des différences entre les espèces en matière d'induction de la valine, suggérant que l'évolution des espèces joue un r?le important dans l'induction des acides aminés.

En concluant que HDAC6 se lie directement à la valine via son domaine SE14, les auteurs ont émis l'hypothèse que des modifications de la force de liaison de HDAC6 et de la valine pourraient affecter sa structure et sa fonction lorsque l'abondance de valine dans les cellules change. Grace à une série d'expériences et en combinant ces données avec la littérature sur le r?le important du domaine SE14 dans la rétention cytoplasmique de HDAC6, les auteurs ont découvert qu'une déficience en valine intracellulaire peut induire une translocation de HDAC6 vers le noyau. La région active de l'enzyme (DAC1 et DAC2) se lie à la région active (domaine CD) de l'ADN hydroxyméthylase TET2, favorisant la désacétylation de TET2, puis activant son activité enzymatique. En utilisant des techniques de méthylomique telles que WGBS, ACE-Seq et MAB-Seq, nous avons confirmé que la privation de valine intracellulaire peut favoriser la déméthylation active de l'ADN via l'axe de signalisation HDAC6-TET2. L'équipe d'André Nussenzweig avait précédemment découvert que la déméthylation active de l'ADN dépendante de la thymine ADN glycosylase (TDG) entra?nait des lésions monocaténaires de l'ADN sur l'amplificateur neuronal. En combinant le ChIP-Seq TET2 avec les technologies de séquen?age à haut débit END-Seq et ddC S1 END-Seq, nous avons déterminé que le déficit en valine favorise les lésions de l'ADN. Les lésions de l'ADN induites par le déficit en valine dépendent également des lésions monocaténaires causées par l'excision de l'oxyméthylcytosine (5fC/5caC) par la TDG.

Ensemble, les auteurs ont découvert de nouveaux capteurs de valine et ont élucidé pour la première fois le mécanisme moléculaire par lequel la valine limite l'induction de dommages à l'ADN via l'axe de signalisation HDAC6-TET2-TDG, ajoutant une nouvelle dimension à la compréhension de la fonction du stress des acides aminés dans la détermination du destin cellulaire.

La restriction alimentaire ou le ciblage du métabolisme et de la détection des acides aminés est devenu une stratégie complémentaire pour prolonger la vie et traiter de nombreuses maladies, dont le cancer. étant donné que la privation de valine peut induire des lésions de l'ADN, les auteurs ont étudié plus en détail si la restriction en valine joue un r?le dans le traitement du cancer. Dans un modèle tumoral de xénogreffe de cancer colorectal, un régime alimentaire approprié restreint en valine (0,41 % de valine, p/p) a significativement inhibé la croissance tumorale avec moins d'effets secondaires. Dans les groupes de prévention et de traitement, les auteurs ont également démontré qu'un régime alimentaire restreint en valine inhibait la tumorigenèse et la progression de la maladie à l'aide d'un modèle PDX de cancer colorectal. Dans les échantillons tumoraux, une diminution des taux de valine était positivement corrélée à une augmentation des translocations nucléaires d'HDAC6, des taux de 5hmC et des lésions de l'ADN. L'induction de lésions de l'ADN étant un traitement anticancéreux, il est cliniquement possible de bloquer la réparation de l'ADN en utilisant des inhibiteurs de PARP. Les auteurs ont constaté que la combinaison d'un régime alimentaire restreint en valine et de l'inhibiteur de PARP talazoparib améliorait considérablement l'effet antitumoral, fournissant des preuves solides pour la thérapie visant à traiter le cancer en induisant des dommages à l'ADN.

En conclusion, l’étude a révélé que HDAC6 chez les primates est une nouvelle protéine de détection de la valine indépendante des capteurs traditionnels, révélant des différences dans la détection de la valine entre différentes espèces, indiquant le r?le important de l’évolution biologique dans la détection des acides aminés.

De plus, cette étude élucide un nouveau mécanisme de régulation interactive du stress métabolique nutritionnel, de la régulation épigénétique et des dommages à l'ADN, élargit l'importance du stress métabolique nutritionnel dans la biologie du stress et constate que la combinaison d'un régime alimentaire restreint en valine et d'inhibiteurs de PARP peut être utilisée comme une nouvelle stratégie pour le traitement du cancer.