Амино киселините се основните компоненти на протеините и важните компоненти на човечките ткива, играат улога на трансдукци?а на клеточниот сигнал, регулаци?а на ензимската активност, имунолошка функци?а и други физиолошки функции.

Изобилството на амино киселини во клетките често се менува во различни физиолошки и патолошки состо?би. Затоа, како телото ?а чувствува промената на нивото на амино киселини и прави адаптивен одговор е важен научен проблем за метаболичкиот стрес и судбината на клетките.

Абнормалното чувство на амино киселини е тесно поврзано со ракот, ди?абетесот, невродегенеративните болести и процесот на старее?е. Затоа, истражува?ето на молекуларниот механизам на абнормална индукци?а на амино киселини може да обезбеди нова цел за превенци?а или третман на метаболички болести и рак. Валинот, како есенци?ална амино киселина со разгранет ланец, игра важна улога во синтезата на протеините, невро-однесува?ето и прогреси?ата на леукеми?ата. Сепак, механизмот и функци?ата на клеточното чувство на валин остануваат не?асни.

На 20 ноември 2024 година, тимот на Ванг Пинг од Медицинскиот факултет на Универзитетот Тонги / 10-та здружена народна болница об?ави истражувачки труд со наслов ?Човечкиот HDAC6 чувствува изобилство на валин за да го регулира оштетува?ето на ДНК“ во списанието Nature.

Оваа студи?а идентификуваше нов специфичен сензор за валин, човечка деацетилаза HDAC6 и го откри специфичниот механизам со ко? ограничува?ето на валин доведува до нуклеарна транслокаци?а на HDAC6, а со тоа ?а подобрува активноста на ТЕТ2 и предизвикува оштетува?е на ДНК.

Интересно, ово? механизам за сензори е единствен за приматите, а понатамошната анализа на механизмот откри дека приматот HDAC6 содржи специфичен повторувачки домен богат со серин (SE14) и го чувствува изобилството на валин низ ово? домен. Во однос на третманот на туморот, умереното ограничува?е на валин или комбинаци?ата на PARP инхибитори може ефикасно да го инхибираат растот на туморот.

Оваа студи?а открива нов механизам со ко? нутритивниот стрес го регулира оштетува?ето на ДНК преку епигенетска модификаци?а и предлага нова стратеги?а за третман на тумор со диета ограничена со валин во комбинаци?а со инхибитори на PARP.

Сензорите на аминокиселините обично треба да комбинираат аминокиселини за да ги препознаат и реагираат на промените во концентраци?ата на аминокиселините внатре и надвор од клетката, за да ?а извршат нивната функци?а на сензори.

Со цел систематски да се идентификуваат протеините кои се врзуваат за валин, биотинилирани валин сонди беа користени за експерименти со имунокопреципитат комбинирани со масена спектрометри?а, а непристрасен скрининг на протеините кои се врзуваат за валин беше изведен со хемиска биологи?а.

Авторите откриле дека покра? познатите валил tRNA синтетази (VARS), деацетилазата HDAC6 покажала посилен врзувачки капацитет на Д-валин во споредба со VARS. Авторите дополнително потврди?а дека HDAC6 може директно да го поврзе валинот со афинитет од Kd ≈ 2μM преку експерименти за врзува?е на изотоп, експерименти со калориметри?а со изотермална титраци?а (ITC) и експерименти со термички дрифт. Анализата на структурните карактеристики на аминокиселините препознаени со сензорни протеини е корисна за понатамошно разбира?е на молекуларниот механизам на промената на изобилството на аминокиселини предизвикани од клетките. Со анализа на врзувачките експерименти на валин аналози, авторите откри?а дека HDAC6 го препознава карбоксилниот терминал и страничниот ланец на валинот и може да ?а толерира модификаци?ата на амино терминалот. Дополнително, во HDAC6 нокаут клетките, регулира?ето на патеката на сигналот mTOR со ограничува?е на валин не беше значително различно од онаа на контролната група, што сугерира дека ова врзува?е е различно од традиционалниот сигнален пат за сензори за амино киселини.

Со цел да се истражат важниот домен и функци?ата на HDAC6 сензорниот валин. Авторите понатаму утврди?а дека HDAC6 го врзува валинот преку неговиот домен SE14 преку експериментот за врзува?е на скратено тело HDAC6. Изненадувачки, авторите со хомолошка споредба откри?а дека доменот SE14 е присутен само во HDAC6 ка? приматите. За разлика од приматот (човек и ма?мун) HDAC6, глувчето HDAC6 не се врзува за валин. Ова откритие ги открива разликите поме?у различните видови во индукци?ата на валин, што сугерира дека еволуци?ата на видовите игра важна улога во индукци?ата на аминокиселините.

Врз основа на заклучокот дека HDAC6 директно го врзува валинот преку неговиот домен SE14, авторите шпекулираа дека промените во ?ачината на врзува?е на HDAC6 и валинот може да вли?аат на неговата структура и функци?а кога ?е се промени изобилството на валин во клетките. Преку сери?а експерименти и комбинирани со литературата за важната улога на доменот SE14 во цитоплазматското задржува?е на HDAC6, авторите откри?а дека интрацелуларниот дефицит на валин може да предизвика транслокаци?а на HDAC6 во ?адрото. Ензимскиот активен регион (DAC1 и DAC2) се врзува за активниот регион (CD домен) на ДНК хидроксиметилазата TET2, промовира??и ?а деацетилаци?ата на TET2, а потоа активира??и ?а неговата ензимска активност. Користе??и метиломични техники како што се WGBS, ACE-Seq и MAB-Seq, дополнително потврдивме дека интрацелуларното валинско гладува?е може да промовира активна деметилаци?а на ДНК преку сигналната оска HDAC6-TET2. Претходно, тимот на Андре Нусенцва?г откри дека активна деметилаци?а на ДНК зависна од тимин ДНК гликозилаза (TDG) резултира со оштетува?е на ДНК од една жичка на невронскиот засилувач. Со комбинира?е на TET2 Chip-Seq со технологи?ата за секвенционира?е со висок процент END-Seq и ddC S1 END-Seq, утврдивме дека дефицитот на валин промовира оштетува?е на ДНК. Оштетува?ето на ДНК предизвикано од дефицит на валин е исто така зависно од оштетува?ето на една жичка предизвикано од ексцизи?ата на TDG на оксиметилцитозин (5fC/5caC).

Земени заедно, авторите откри?а нови валин сензори и за прв пат го раз?асни?а молекуларниот механизам со ко? валинот ?а ограничува индукци?ата на оштетува?е на ДНК преку сигналната оска HDAC6-TET2-TDG, додава??и нова димензи?а на разбира?ето на функци?ата на стресот на аминокиселините во одредува?ето на судбината на клетката.

Ограничува?ето во исхраната или таргетира?ето на метаболизмот и сензорот на амино киселините стана дополнителна стратеги?а за продолжува?е на животот и лекува?е на многу болести, вклучува??и го и ракот. Со оглед на тоа дека лишува?ето од валин може да предизвика оштетува?е на ДНК, авторите дополнително истражувале дали ограничува?ето на валин игра улога во третманот на ракот. Во модел на тумор со ксенографт со колоректален карцином, соодветна диета ограничена со валин (0,41% валин, w/w) значително го инхибираше растот на туморот со помалку несакани ефекти. И во групите за превенци?а и третман, авторите дополнително демонстрираа дека диетата ограничена со валин ?а инхибира туморигенезата и прогреси?ата користе??и PDX модел на колоректален карцином. Во примероците на туморот, намалените нивоа на валин беа позитивно поврзани со зголемените нуклеарни транслокации на HDAC6, нивоата на 5hmC и оштетува?ето на ДНК. Биде??и предизвикува?ето оштетува?е на ДНК е антиканцерогена терапи?а, клинички е можно да се блокира поправката на ДНК со користе?е на PARP инхибитори. Авторите откриле дека комбинаци?ата на диета ограничена со валин и ПАРП инхибиторот талазопариб значително го за?акнала антитуморниот ефект, обезбедува??и силни докази за терапи?ата за лекува?е на ракот преку индуцира?е на оштетува?е на ДНК.

Како заклучок, студи?ата откри дека HDAC6 ка? приматите е нов протеин со сензори на валин, независен од традиционалните сензори, открива??и ги разликите во чувствителноста на валин ме?у различните видови, што укажува на важната улога на биолошката еволуци?а во чувствителноста на аминокиселините.

Дополнително, оваа студи?а раз?аснува нов механизам на интерактивна регулаци?а на метаболичкиот стрес во исхраната, епигенетската регулаци?а и оштетува?ето на ДНК, ?а проширува важноста на нутритивниот метаболички стрес во биологи?ата на стресот и открива дека комбинаци?ата на диета ограничена со валин и PARP инхибитори може да се користи како нова стратеги?а за третман на рак.