Aminoskābes ir olbaltumvielu pamatsastāvda?as un svarīgas cilvēka audu sastāvda?as, pildot ?ūnu signālu pārraides, enzīmu aktivitātes regulē?anas, imūnās funkcijas un citu fiziolo?isko funkciju lomu.

Aminoskābju daudzums ?ūnās bie?i mainās da?ādos fiziolo?iskos un patolo?iskos stāvok?os. Tāpēc tas, kā organisms sajūt aminoskābju līme?a izmai?as un veic adaptīvu reakciju, ir svarīga zinātniska vielmai?as stresa un ?ūnu likte?a problēma.

Nenormāla aminoskābju noteik?ana ir cie?i saistīta ar vēzi, diabētu, neirode?eneratīvām slimībām un noveco?anas procesu. Tāpēc patolo?iskas aminoskābju indukcijas molekulārā mehānisma izpēte var nodro?ināt jaunu mēr?i vielmai?as slimību un vē?a profilaksei vai ārstē?anai. Valīnam kā būtiskai sazarotās ?ēdes aminoskābei ir svarīga loma olbaltumvielu sintēzē, neirouzvedībā un leikēmijas progresē?anā. Tomēr valīna ?ūnu noteik?anas mehānisms un funkcija joprojām nav skaidra.

2024.?gada 20.?novembrī Van Pinga komanda no Tongji Universitātes Medicīnas skolas / 10.?saistītās tautas slimnīcas publicēja pētniecisko rakstu ar nosaukumu "Cilvēka HDAC6 izjūt valīna pārpilnību, lai regulētu DNS bojājumus" ?urnālā Nature.

?ajā pētījumā tika identificēts jauns valīnam specifisks sensors, cilvēka dezacetilāze HDAC6, un tika atklāts specifisks mehānisms, ar kura palīdzību valīna ierobe?o?ana izraisa HDAC6 kodola translokāciju, tādējādi uzlabojot TET2 aktivitāti un izraisot DNS bojājumus.

Interesanti, ka ?is sensora mehānisms ir unikāls primātiem, un turpmākā mehānisma analīze atklāja, ka primāts HDAC6 satur specifisku ar serīnu bagātu glutamāta-tetranektīda (SE14) atkārtojuma domēnu un uztver valīna pārpilnību caur ?o domēnu. Runājot par audzēja ārstē?anu, mērens valīna ierobe?ojums vai PARP inhibitoru kombinācija var efektīvi kavēt audzēja aug?anu.

?is pētījums atklāj jaunu mehānismu, ar kura palīdzību uztura stress regulē DNS bojājumus, izmantojot epi?enētiskas modifikācijas, un ierosina jaunu stratē?iju audzēju ārstē?anai ar valīnu ierobe?otu diētu kombinācijā ar PARP inhibitoriem.

Aminoskābju sensoriem parasti ir jāapvieno aminoskābes, lai atpazītu un rea?ētu uz aminoskābju koncentrācijas izmai?ām ?ūnā un ārpus tās, lai veiktu savu uztver?anas funkciju.

Lai sistemātiski identificētu valīnu saisto?os proteīnus, imūnkoprecipitāta eksperimentiem tika izmantotas biotinilētas valīna zondes apvienojumā ar masas spektrometriju, un valīnu saisto?o proteīnu objektīva skrīnings tika veikts ar ?īmiskās biolo?ijas palīdzību.

Autori atklāja, ka papildus zināmajām valila tRNS sintetāzēm (VARS) deacetilāze HDAC6 uzrādīja spēcīgāku D-valīna saistī?anās spēju salīdzinājumā ar VARS. Autori arī apstiprināja, ka HDAC6 var tie?i saistīt valīnu ar afinitāti Kd ≈ 2 μM, izmantojot izotopu saistī?anas eksperimentus, izotermiskās titrē?anas kalorimetrijas (ITC) eksperimentus un termiskās novirzes eksperimentus. Sensoru proteīnu atpazīto aminoskābju strukturālo īpa?ību analīze ir noderīga, lai vēl vairāk izprastu ?ūnu izraisīto aminoskābju pārpilnības izmai?u molekulāro mehānismu. Analizējot valīna analogu saistī?anās eksperimentus, autori atklāja, ka HDAC6 atpazīst valīna karboksilterminālu un sānu ?ēdi un var panest aminotermināla modifikāciju. Turklāt HDAC6 knockout ?ūnās mTOR signalizācijas ce?a regulē?ana ar valīna ierobe?ojumu būtiski neat??īrās no kontroles grupas, kas liecina, ka ?ī saistī?anās at??iras no tradicionālā aminoskābju noteik?anas signalizācijas ce?a.

Lai izpētītu HDAC6 uztvero?ā valīna svarīgo domēnu un funkciju. Autori arī noteica, ka HDAC6 saistās ar valīnu caur savu SE14 domēnu, izmantojot HDAC6 saīsinātā ?erme?a saistī?anās eksperimentu. Pārsteidzo?i, autori, veicot homolo?ijas salīdzinājumu, atklāja, ka SE14 domēns ir tikai HDAC6 primātiem. At??irībā no primātu (cilvēku un pērti?u) HDAC6, peles HDAC6 nesaistās ar valīnu. ?is atklājums atklāj at??irības starp da?ādām sugām valīna indukcijā, kas liecina, ka sugu evolūcijai ir svarīga loma aminoskābju indukcijā.

Pamatojoties uz secinājumu, ka HDAC6 tie?i saistās ar valīnu caur savu SE14 domēnu, autori spekulēja, ka izmai?as HDAC6 un valīna saistī?anās stiprumā var ietekmēt tā struktūru un darbību, kad mainās valīna daudzums ?ūnās. Veicot virkni eksperimentu un apvienojot ar literatūru par SE14 domēna svarīgo lomu HDAC6 citoplazmas aizturē, autori atklāja, ka intracelulārais valīna deficīts var izraisīt HDAC6 translokāciju kodolā. Enzīmu aktīvais re?ions (DAC1 un DAC2) saistās ar DNS hidroksimetilāzes TET2 aktīvo re?ionu (CD domēnu), veicinot TET2 dezacetilē?anu un pēc tam aktivizējot tā enzīmu aktivitāti. Izmantojot metilomikas metodes, piemēram, WGBS, ACE-Seq un MAB-Seq, mēs arī apstiprinājām, ka intracelulārā valīna bado?anās var veicināt aktīvu DNS demetilāciju caur HDAC6-TET2 signāla asi. Iepriek? Andre Nussenzweig komanda atklāja, ka no timīna DNS glikozilāzes (TDG) atkarīga aktīvā DNS demetilē?ana izraisīja DNS vienas virknes bojājumus neironu pastiprinātājā. Apvienojot TET2 ChIP-Seq ar augstas caurlaidības sekvencē?anas tehnolo?iju END-Seq un ddC S1 END-Seq, mēs noteicām, ka valīna deficīts veicina DNS bojājumus. Valīna deficīta izraisītais DNS bojājums ir atkarīgs arī no vienas virknes bojājuma, ko izraisa oksimetilcitozīna TDG izgrie?ana (5fC/5caC).

Kopumā autori atklāja jaunus valīna sensorus un pirmo reizi noskaidroja molekulāro mehānismu, ar kuru valīns ierobe?o DNS bojājumu indukciju caur HDAC6-TET2-TDG signalizācijas asi, pievienojot jaunu dimensiju izpratnei par aminoskābju stresa funkciju ?ūnu likte?a noteik?anā.

Uztura ierobe?o?ana vai aminoskābju metabolisma un noteik?anas noteik?ana ir k?uvusi par papildu stratē?iju dzīves pagarinā?anai un daudzu slimību, tostarp vē?a, ārstē?anai. ?emot vērā, ka valīna at?em?ana var izraisīt DNS bojājumus, autori turpināja pētīt, vai valīna ierobe?ojumam ir nozīme vē?a ārstē?anā. Kolorektālā vē?a ksenotransplantāta audzēja modelī atbilsto?a valīna diēta (0,41% valīna, w/w) ievērojami kavēja audzēja aug?anu ar mazākām blakusparādībām. Gan profilakses, gan ārstē?anas grupās autori arī pierādīja, ka diēta, kas ierobe?ota ar valīnu, kavē audzēja ?enēzi un progresē?anu, izmantojot kolorektālā vē?a PDX modeli. Audzēju paraugos samazināts valīna līmenis bija pozitīvi korelēts ar paaugstinātu HDAC6 kodola translokāciju, 5hmC līmeni un DNS bojājumiem. Tā kā DNS bojājumu izraisī?ana ir pretvē?a terapija, ir klīniski iespējams blo?ēt DNS atjauno?anos, izmantojot PARP inhibitorus. Autori atklāja, ka valīna ierobe?otas diētas un PARP inhibitora talazopariba kombinācija ievērojami uzlaboja pretvē?a efektu, sniedzot pārliecino?us pierādījumus vē?a ārstē?anas terapijai, izraisot DNS bojājumus.

Visbeidzot, pētījumā konstatēts, ka HDAC6 primātos ir jauns valīna uztver?anas proteīns, kas nav atkarīgs no tradicionālajiem sensoriem, atklājot at??irības valīna uztverē starp da?ādām sugām, norādot uz biolo?iskās evolūcijas svarīgo lomu aminoskābju noteik?anā.

Turklāt ?is pētījums izskaidro jaunu uztura vielmai?as stresa, epi?enētiskā regulējuma un DNS bojājumu interaktīvās regulē?anas mehānismu, papla?ina uztura vielmai?as stresa nozīmi stresa biolo?ijā un atklāj, ka valīna ierobe?otas diētas un PARP inhibitoru kombināciju var izmantot kā jaunu vē?a ārstē?anas stratē?iju.