Os aminoácidos son os compo?entes básicos das proteínas e compo?entes importantes dos tecidos humanos, desempe?ando o papel de transdución de sinais celulares, regulación da actividade enzimática, función inmune e outras funcións fisiolóxicas.

A abundancia de aminoácidos nas células adoita cambiar en diferentes estados fisiolóxicos e patolóxicos. Polo tanto, como o corpo percibe o cambio do nivel de aminoácidos e fai unha resposta adaptativa é un importante problema científico do estrés metabólico e do destino celular.

A detección anormal de aminoácidos está intimamente relacionada co cancro, a diabetes, as enfermidades neurodexenerativas e o proceso de envellecemento. Polo tanto, explorar o mecanismo molecular da indución anormal de aminoácidos pode proporcionar un novo obxectivo para a prevención ou o tratamento de enfermidades metabólicas e cancro. A valina, como aminoácido esencial de cadea ramificada, xoga un papel importante na síntese de proteínas, o neurocomportamento e a progresión da leucemia. Non obstante, o mecanismo e a función da detección celular da valina seguen sen estar claros.

O 20 de novembro de 2024, o equipo de Wang Ping da Facultade de Medicina da Universidade de Tongji / 10th Affiliated People's Hospital publicou un traballo de investigación titulado "Human HDAC6 senses valine abundancy to regulate DNA damage" na revista Nature.

Este estudo identificou un novo sensor específico de valina, a desacetilase humana HDAC6, e revelou o mecanismo específico polo cal a restrición da valina leva á translocación nuclear de HDAC6, mellorando así a actividade de TET2 e inducindo danos no ADN.

Curiosamente, este mecanismo de detección é exclusivo dos primates, e unha análise adicional do mecanismo revelou que o primate HDAC6 contén un dominio de repetición específico de glutamato-tetranectido rico en serina (SE14) e detecta a abundancia de valina a través deste dominio. En canto ao tratamento do tumor, a restrición moderada de valina ou a combinación de inhibidores de PARP poden inhibir eficazmente o crecemento do tumor.

Este estudo revela un novo mecanismo polo cal o estrés nutricional regula o dano no ADN mediante a modificación epixenética, e propón unha nova estratexia para o tratamento do tumor con dieta restrinxida en valina combinada con inhibidores de PARP.

Os sensores de aminoácidos adoitan necesitar combinar aminoácidos para reco?ecer e responder aos cambios na concentración de aminoácidos dentro e fóra da célula, para realizar a súa función de detección.

Co fin de identificar de forma sistemática as proteínas de unión á valina, empregáronse sondas de valina biotinilada para experimentos de inmunocoprecipitado combinados con espectrometría de masas e realizouse un cribado imparcial das proteínas de unión á valina mediante bioloxía química.

Os autores descubriron que, ademais das co?ecidas valyl tRNA sintetases (VARS), a desacetilasa HDAC6 mostrou unha capacidade de unión á D-valina máis forte en comparación co VARS. Os autores confirmaron ademais que HDAC6 pode unir directamente a valina cunha afinidade de Kd ≈ 2μM mediante experimentos de unión de isótopos, experimentos de calorimetría de titulación isotérmica (ITC) e experimentos de deriva térmica. A análise das características estruturais dos aminoácidos reco?ecidos polas proteínas sensoras é útil para comprender mellor o mecanismo molecular do cambio da abundancia de aminoácidos inducido polas células. Ao analizar os experimentos de unión dos análogos da valina, os autores descubriron que o HDAC6 reco?ece o terminal carboxilo e a cadea lateral da valina e pode tolerar a modificación aminoterminal. Ademais, nas células knockout HDAC6, a regulación da vía de sinalización de mTOR pola restrición da valina non era significativamente diferente da do grupo control, o que suxire que esta unión era diferente da vía de sinalización tradicional de detección de aminoácidos.

Co fin de explorar o importante dominio e función da valina de detección de HDAC6. Os autores determinaron ademais que HDAC6 únese á valina a través do seu dominio SE14 a través do experimento de unión do corpo truncado HDAC6. Sorprendentemente, os autores atoparon por comparación de homoloxías que o dominio SE14 só está presente en HDAC6 en primates. A diferenza do HDAC6 do primate (humano e mono), o HDAC6 do rato non se une á valina. Este achado revela as diferenzas entre as diferentes especies na indución de valina, o que suxire que a evolución das especies xoga un papel importante na indución de aminoácidos.

Baseándose na conclusión de que HDAC6 únese directamente á valina a través do seu dominio SE14, os autores especularon que os cambios na forza de unión de HDAC6 e valina poden afectar a súa estrutura e función cando cambia a abundancia de valina nas células. A través dunha serie de experimentos e combinados coa literatura sobre o importante papel do dominio SE14 na retención citoplásmica de HDAC6, os autores descubriron que a deficiencia intracelular de valina pode inducir a translocación de HDAC6 ao núcleo. A rexión activa do encima (DAC1 e DAC2) únese á rexión activa (dominio CD) da ADN hidroximetilase TET2, promovendo a desacetilación de TET2, e despois activando a súa actividade enzimática. Usando técnicas de metilomica como WGBS, ACE-Seq e MAB-Seq, confirmamos ademais que a fame de valina intracelular pode promover a desmetilación activa do ADN a través do eixe de sinal HDAC6-TET2. Anteriormente, o equipo de Andre Nussenzweig descubriu que a desmetilación activa do ADN dependente da timina ADN glicosilase (TDG) producía danos dunha cadea única no ADN no potenciador neuronal. Ao combinar TET2 ChIP-Seq coa tecnoloxía de secuenciación de alto rendemento END-Seq e ddC S1 END-Seq, determinamos que a deficiencia de valina promove o dano no ADN. O dano no ADN inducido pola deficiencia de valina tamén depende do dano dunha cadea simple causado pola escisión de oximetilcitosina por TDG (5fC/5caC).

En conxunto, os autores descubriron novos sensores de valina e dilucidaron por primeira vez o mecanismo molecular polo cal a valina limita a indución de danos no ADN a través do eixe de sinalización HDAC6-TET2-TDG, engadindo unha nova dimensión á comprensión da función do estrés dos aminoácidos na determinación do destino celular.

A restrición dietética ou a orientación do metabolismo dos aminoácidos e a detección converteuse nunha estratexia complementaria para a extensión da vida e o tratamento de moitas enfermidades, incluído o cancro. Dado que a privación de valina pode inducir danos no ADN, os autores investigaron aínda máis se a restrición da valina ten un papel no tratamento do cancro. Nun modelo de tumor de xenoinjerto de cancro colorrectal, unha dieta restrinxida en valina (0,41 % de valina, p/p) inhibiu significativamente o crecemento do tumor con menos efectos secundarios. Tanto nos grupos de prevención como de tratamento, os autores demostraron ademais que unha dieta restrinxida en valina inhibiu a tumorigénesis e a progresión mediante un modelo PDX de cancro colorrectal. Nas mostras de tumores, a diminución dos niveis de valina correlacionouse positivamente co aumento das translocacións nucleares de HDAC6, os niveis de 5 hmC e o dano no ADN. Dado que inducir danos no ADN é unha terapia contra o cancro, é clinicamente posible bloquear a reparación do ADN usando inhibidores de PARP. Os autores descubriron que a combinación de dieta restrinxida en valina e talazoparib inhibidor de PARP mellorou significativamente o efecto antitumoral, proporcionando unha evidencia sólida de que a terapia para tratar o cancro provocando danos no ADN.

En conclusión, o estudo descubriu que HDAC6 en primates é unha nova proteína de detección de valina independente dos sensores tradicionais, o que revela diferenzas na detección de valina entre as diferentes especies, o que indica o importante papel da evolución biolóxica na detección de aminoácidos.

Ademais, este estudo dilucida un novo mecanismo de regulación interactiva do estrés metabólico nutricional, a regulación epixenética e o dano no ADN, amplía a importancia do estrés metabólico nutricional na bioloxía do estrés e descobre que a combinación de dieta restrinxida en valina e inhibidores de PARP pode usarse como unha nova estratexia para o tratamento do cancro.