Az aminosavak a fehérjék alapvet? ?sszetev?i és az emberi sz?vetek fontos ?sszetev?i, szerepet játszanak a sejtjelátvitelben, az enzimaktivitás szabályozásában, az immunfunkciókban és más élettani funkciókban.

Az aminosavak mennyisége a sejtekben gyakran változik kül?nb?z? fiziológiás és kóros állapotokban. Ezért a metabolikus stressz és a sejtsors fontos tudományos problémája, hogy a szervezet hogyan érzékeli az aminosavszint változását és hogyan reagál az adaptív reakcióra.

A kóros aminosav-érzékelés szorosan ?sszefügg a rákkal, a cukorbetegséggel, a neurodegeneratív betegségekkel és az ?regedési folyamatokkal. Ezért az abnormális aminosav-indukció molekuláris mechanizmusának feltárása új célpontot jelenthet az anyagcsere-betegségek és a rák megel?zésében vagy kezelésében. A valin, mint esszenciális elágazó láncú aminosav, fontos szerepet játszik a fehérjeszintézisben, a neuroviselkedésben és a leukémia progressziójában. A valin sejtes érzékelésének mechanizmusa és funkciója azonban továbbra is tisztázatlan.

2024. november 20-án Wang Ping csapata, a Tongji Egyetem Orvostudományi Karának / 10. Társult Népi Kórházának munkatársa a Nature folyóiratban publikált egy kutatási tanulmányt ?Human HDAC6 senses valine abundancy to regulate DNS damage” címmel.

Ez a tanulmány egy új valin-specifikus érzékel?t, a HDAC6 humán dezacetilázt azonosított, és feltárta azt a specifikus mechanizmust, amellyel a valin restrikciója a HDAC6 nukleáris transzlokációjához vezet, ezáltal fokozza a TET2 aktivitást és DNS-károsodást okoz.

érdekes módon ez az érzékel? mechanizmus egyedülálló a f?eml?s?k számára, és a további mechanizmuselemzések feltárták, hogy a f?eml?s HDAC6 egy specifikus szerinben gazdag glutamát-tetranektid (SE14) ismétl?d? domént tartalmaz, és ezen a doménen keresztül érzékeli a valin b?ségét. A daganatkezelés szempontjából a mérsékelt valin-korlátozás vagy a PARP-gátlók kombinációja hatékonyan gátolja a tumor n?vekedését.

Ez a tanulmány egy új mechanizmust tár fel, amellyel a táplálkozási stressz szabályozza a DNS-károsodást epigenetikai módosításon keresztül, és új stratégiát javasol a daganatok kezelésére, PARP-gátlókkal kombinált valin-korlátozott étrenddel.

Az aminosav-szenzoroknak általában kombinálniuk kell az aminosavakat, hogy felismerjék és reagáljanak az aminosav-koncentráció sejten belüli és kívüli változásaira, hogy végrehajtsák érzékelési funkciójukat.

A valink?t? fehérjék szisztematikus azonosítása érdekében biotinilált valin próbákat használtunk az immunprecipitátum kísérletekhez t?megspektrometriával kombinálva, a valink?t? fehérjék torzítás nélküli sz?rését kémiai biológia segítségével végeztük.

A szerz?k azt találták, hogy az ismert valil-tRNS-szintetázok (VARS) mellett a HDAC6 deacetiláz er?sebb D-valin-k?t? kapacitást mutatott a VARS-hez képest. A szerz?k továbbá meger?sítették, hogy a HDAC6 k?zvetlenül képes megk?tni a valint Kd ≈ 2 μM affinitással izotópk?tési kísérletekkel, izoterm titráló kalorimetriás (ITC) kísérletekkel és termikus sodródási kísérletekkel. Az érzékel? fehérjék által felismert aminosavak szerkezeti jellemz?inek elemzése segít jobban megérteni a sejtek által kiváltott aminosav-b?ség változásának molekuláris mechanizmusát. A szerz?k a valin analógok k?t?dési kísérleteinek elemzésével megállapították, hogy a HDAC6 felismeri a valin karboxil-terminálisát és oldalláncát, és tolerálja az amino-terminális módosítást. Ezenkívül a HDAC6 knockout sejtekben az mTOR jelátviteli útvonal valin restrikcióval t?rtén? szabályozása nem kül?nb?z?tt szignifikánsan a kontrollcsoportétól, ami arra utal, hogy ez a k?t?dés eltér a hagyományos aminosav-érzékel? jelátviteli útvonaltól.

A HDAC6 érzékel? valin fontos tartományának és funkciójának feltárása érdekében. A szerz?k továbbá megállapították, hogy a HDAC6 megk?ti a valint SE14 doménjén keresztül a HDAC6 csonka testk?tési kísérlet révén. Meglep? módon a szerz?k homológiai ?sszehasonlítással azt találták, hogy az SE14 domén csak f?eml?s?kben van jelen a HDAC6-ban. A f?eml?s (ember és majom) HDAC6-tal ellentétben az egér HDAC6 nem k?t?dik valinhoz. Ez a megállapítás felfedi a kül?nb?z? fajok k?z?tti kül?nbségeket a valin indukcióban, ami arra utal, hogy a fajok evolúciója fontos szerepet játszik az aminosav-indukcióban.

Arra a k?vetkeztetésre alapozva, hogy a HDAC6 k?zvetlenül k?ti a valint SE14 doménjén keresztül, a szerz?k azt feltételezték, hogy a HDAC6 és a valin k?tési er?sségének változása hatással lehet annak szerkezetére és m?k?désére, ha a sejtekben a valin mennyisége megváltozik. Kísérletek sorozatával és az SE14 doménnek a HDAC6 citoplazmatikus retenciójában bet?lt?tt fontos szerepér?l szóló irodalommal kombinálva a szerz?k azt találták, hogy az intracelluláris valinhiány indukálhatja a HDAC6 transzlokációját a sejtmagba. Az enzimaktív régió (DAC1 és DAC2) a TET2 DNS-hidroximetiláz aktív régiójához (CD domén) k?t?dik, el?segítve a TET2 dezacetilációját, majd aktiválva az enzimaktivitást. A metilomikai technikák, például a WGBS, ACE-Seq és MAB-Seq segítségével meger?sítettük továbbá, hogy az intracelluláris valin éhezés el?segítheti az aktív DNS demetilációt a HDAC6-TET2 jeltengelyen keresztül. Korábban Andre Nussenzweig csapata azt találta, hogy a timin-DNS-glikoziláz (TDG)-függ? aktív DNS-demetiláció a DNS egyszálú károsodását eredményezte a neuronális fokozón. A TET2 ChIP-Seq és a nagy átereszt?képesség? szekvenálási technológia END-Seq és ddC S1 END-Seq kombinálásával megállapítottuk, hogy a valinhiány el?segíti a DNS károsodását. A valinhiány által kiváltott DNS-károsodás az oximetilcitozin (5fC/5caC) TDG-kivágása által okozott egyszálú károsodástól is függ.

?sszességében a szerz?k új valin-szenzorokat fedeztek fel, és el?sz?r tisztázták azt a molekuláris mechanizmust, amellyel a valin korlátozza a DNS-károsodás kiváltását a HDAC6-TET2-TDG jelátviteli tengelyen keresztül, új dimenziót adva az aminosavstressz sejtsors-meghatározásban bet?lt?tt szerepének megértéséhez.

Az étrend korlátozása vagy az aminosav-metabolizmus és az érzékelés megcélzása az élethosszabbítás és számos betegség, k?ztük a rák kezelésének kiegészít? stratégiája lett. Tekintettel arra, hogy a valin megvonása DNS-károsodást okozhat, a szerz?k tovább vizsgálták, hogy a valin restrikciója szerepet játszik-e a rák kezelésében. Kolorektális rák xenograft tumormodellben a megfelel? valin-korlátozott étrend (0,41% valin, w/w) jelent?sen gátolta a tumor n?vekedését, kevesebb mellékhatással. Mind a prevenciós, mind a kezelési csoportban a szerz?k azt is kimutatták, hogy a valin-korlátozott étrend gátolja a daganatképz?dést és a progressziót a vastagbélrák PDX-modellje segítségével. A tumormintákban a cs?kkent valinszint pozitívan korrelált a HDAC6 nukleáris transzlokációinak n?vekedésével, az 5hmC-szinttel és a DNS-károsodással. Mivel a DNS-károsodás kiváltása rákellenes terápia, klinikailag lehetséges a DNS-javítás blokkolása PARP-inhibitorok alkalmazásával. A szerz?k azt találták, hogy a valin-korlátozott étrend és a PARP-gátló talazoparib kombinációja jelent?sen fokozta a daganatellenes hatást, er?s bizonyítékot szolgáltatva a rák kezelésének DNS-károsodást okozó terápiájára.

?sszefoglalva, a tanulmány megállapította, hogy a f?eml?s?kben a HDAC6 egy új, a hagyományos szenzoroktól független, valinérzékel? fehérje, amely kül?nbségeket tár fel a kül?nb?z? fajok k?z?tti valinérzékelésben, jelezve a biológiai evolúció fontos szerepét az aminosav-érzékelésben.

Ezenkívül ez a tanulmány megvilágítja a táplálkozási metabolikus stressz, az epigenetikus szabályozás és a DNS-károsodás interaktív szabályozásának új mechanizmusát, kiterjeszti a táplálkozási metabolikus stressz jelent?ségét a stresszbiológiában, és azt találja, hogy a valin-korlátozott étrend és a PARP-gátlók kombinációja új stratégiaként használható a rák kezelésében.