Os aminoácidos s?o componentes básicos das proteínas e componentes importantes dos tecidos humanos, desempenhando o papel de transdu??o de sinal celular, regula??o da atividade enzimática, fun??o imunológica e outras fun??es fisiológicas.

A abundancia de aminoácidos nas células frequentemente muda em diferentes estados fisiológicos e patológicos. Portanto, a forma como o corpo percebe a mudan?a nos níveis de aminoácidos e produz uma resposta adaptativa é um importante problema científico sobre estresse metabólico e destino celular.

A detec??o anormal de aminoácidos está intimamente relacionada ao cancer, diabetes, doen?as neurodegenerativas e ao processo de envelhecimento. Portanto, explorar o mecanismo molecular da indu??o anormal de aminoácidos pode fornecer um novo alvo para a preven??o ou tratamento de doen?as metabólicas e cancer. A valina, como um aminoácido essencial de cadeia ramificada, desempenha um papel importante na síntese proteica, no neurocomportamento e na progress?o da leucemia. No entanto, o mecanismo e a fun??o da detec??o celular da valina permanecem obscuros.

Em 20 de novembro de 2024, a equipe de Wang Ping da Faculdade de Medicina da Universidade Tongji/10o Hospital Popular Afiliado publicou um artigo de pesquisa intitulado "HDAC6 humano detecta abundancia de valina para regular danos ao DNA" no periódico Nature.

Este estudo identificou um novo sensor específico de valina, a desacetilase humana HDAC6, e revelou o mecanismo específico pelo qual a restri??o de valina leva à transloca??o nuclear de HDAC6, aumentando assim a atividade de TET2 e induzindo danos ao DNA.

Curiosamente, esse mecanismo de detec??o é exclusivo de primatas, e análises posteriores revelaram que o HDAC6 de primatas contém um domínio de repeti??o específico de glutamato-tetranectídeo (SE14) rico em serina e detecta a abundancia de valina por meio desse domínio. Em termos de tratamento tumoral, a restri??o moderada de valina ou a combina??o de inibidores de PARP podem inibir eficazmente o crescimento tumoral.

Este estudo revela um novo mecanismo pelo qual o estresse nutricional regula os danos ao DNA por meio de modifica??o epigenética e prop?e uma nova estratégia para o tratamento de tumores com dieta restrita em valina combinada com inibidores de PARP.

Os sensores de aminoácidos geralmente precisam combinar aminoácidos para reconhecer e responder a mudan?as na concentra??o de aminoácidos dentro e fora da célula, para executar sua fun??o de detec??o.

Para identificar sistematicamente proteínas de liga??o à valina, sondas de valina biotiniladas foram usadas para experimentos de imunoprecipita??o combinados com espectrometria de massa, e a triagem imparcial de proteínas de liga??o à valina foi realizada por biologia química.

Os autores descobriram que, além das valil tRNA sintetases (VARS) conhecidas, a desacetilase HDAC6 mostrou uma capacidade de liga??o D-valina mais forte em compara??o com VARS. Os autores confirmaram ainda que HDAC6 pode se ligar diretamente à valina com uma afinidade de Kd ≈ 2μM por meio de experimentos de liga??o isotópica, experimentos de calorimetria de titula??o isotérmica (ITC) e experimentos de deriva térmica. A análise das características estruturais dos aminoácidos reconhecidos por proteínas sensoras é útil para entender melhor o mecanismo molecular da mudan?a da abundancia de aminoácidos induzida pelas células. Ao analisar os experimentos de liga??o de análogos de valina, os autores descobriram que HDAC6 reconhece o terminal carboxila e a cadeia lateral da valina e pode tolerar a modifica??o do terminal amino. Além disso, em células knockout de HDAC6, a regula??o da via de sinaliza??o mTOR pela restri??o de valina n?o foi significativamente diferente daquela do grupo controle, sugerindo que essa liga??o era diferente da via de sinaliza??o tradicional de detec??o de aminoácidos.

Com o objetivo de explorar o importante domínio e a fun??o da HDAC6 na detec??o de valina, os autores determinaram ainda que a HDAC6 se liga à valina através de seu domínio SE14, por meio do experimento de liga??o de corpo truncado da HDAC6. Surpreendentemente, os autores descobriram, por compara??o de homologia, que o domínio SE14 está presente apenas na HDAC6 em primatas. Ao contrário da HDAC6 de primatas (humanos e macacos), a HDAC6 de camundongos n?o se liga à valina. Essa descoberta revela as diferen?as entre as diferentes espécies na indu??o de valina, sugerindo que a evolu??o das espécies desempenha um papel importante na indu??o de aminoácidos.

Com base na conclus?o de que HDAC6 se liga diretamente à valina através de seu domínio SE14, os autores especularam que altera??es na for?a de liga??o de HDAC6 e valina podem afetar sua estrutura e fun??o quando a abundancia de valina nas células muda. Por meio de uma série de experimentos e combinados com a literatura sobre o importante papel do domínio SE14 na reten??o citoplasmática de HDAC6, os autores descobriram que a deficiência de valina intracelular pode induzir a transloca??o de HDAC6 para o núcleo. A regi?o ativa da enzima (DAC1 e DAC2) se liga à regi?o ativa (domínio CD) da DNA hidroximetilase TET2, promovendo a desacetila??o de TET2 e, em seguida, ativando sua atividade enzimática. Usando técnicas de metil?mica, como WGBS, ACE-Seq e MAB-Seq, confirmamos ainda que a priva??o intracelular de valina pode promover a desmetila??o ativa do DNA através do eixo de sinal HDAC6-TET2. Anteriormente, a equipe de Andre Nussenzweig descobriu que a desmetila??o ativa do DNA dependente da timina DNA glicosilase (TDG) resultou em danos à fita simples do DNA no intensificador neuronal. Combinando TET2 ChIP-Seq com a tecnologia de sequenciamento de alto rendimento END-Seq e ddC S1 END-Seq, determinamos que a deficiência de valina promove danos ao DNA. O dano ao DNA induzido pela deficiência de valina também depende do dano à fita simples causado pela excis?o de oximetilcitosina (5fC/5caC) por TDG.

Juntos, os autores descobriram novos sensores de valina e, pela primeira vez, elucidaram o mecanismo molecular pelo qual a valina limita a indu??o de danos ao DNA por meio do eixo de sinaliza??o HDAC6-TET2-TDG, adicionando uma nova dimens?o à compreens?o da fun??o do estresse de aminoácidos na determina??o do destino celular.

A restri??o alimentar ou o direcionamento do metabolismo e da detec??o de aminoácidos tornou-se uma estratégia adjuvante para o prolongamento da vida e o tratamento de muitas doen?as, incluindo o cancer. Dado que a priva??o de valina pode induzir danos ao DNA, os autores investigaram ainda mais se a restri??o de valina desempenha um papel no tratamento do cancer. Em um modelo de tumor xenoenxerto de cancer colorretal, uma dieta apropriada com restri??o de valina (0,41% de valina, p/p) inibiu significativamente o crescimento tumoral com menos efeitos colaterais. Tanto no grupo de preven??o quanto no de tratamento, os autores demonstraram ainda que uma dieta com restri??o de valina inibiu a tumorigênese e a progress?o usando um modelo PDX de cancer colorretal. Em amostras de tumor, a diminui??o dos níveis de valina foi positivamente correlacionada com o aumento das transloca??es nucleares de HDAC6, níveis de 5hmC e danos ao DNA. Como a indu??o de danos ao DNA é uma terapia anticancer, é clinicamente possível bloquear o reparo do DNA usando inibidores de PARP. Os autores descobriram que a combina??o de dieta restrita em valina e o inibidor de PARP talazoparib aumentou significativamente o efeito antitumoral, fornecendo fortes evidências para a terapia para tratar o cancer por induzir danos ao DNA.

Em conclus?o, o estudo descobriu que HDAC6 em primatas é uma nova proteína sensível à valina, independente dos sensores tradicionais, revelando diferen?as na sensibilidade à valina entre diferentes espécies, indicando o importante papel da evolu??o biológica na sensibilidade aos aminoácidos.

Além disso, este estudo elucida um novo mecanismo de regula??o interativa do estresse metabólico nutricional, regula??o epigenética e danos ao DNA, amplia a importancia do estresse metabólico nutricional na biologia do estresse e descobre que a combina??o de dieta restrita em valina e inibidores de PARP pode ser usada como uma nova estratégia para o tratamento do cancer.