Aminoacizii sunt componentele de baz? ale proteinelor ?i componente importante ale ?esuturilor umane, jucand rolul de transduc?ie a semnalului celular, reglarea activit??ii enzimatice, func?ia imunitar? ?i alte func?ii fiziologice.

Abunden?a de aminoacizi din celule se schimb? adesea ?n diferite st?ri fiziologice ?i patologice. Prin urmare, modul ?n care organismul simte schimbarea nivelului de aminoacizi ?i face un r?spuns adaptativ este o problem? ?tiin?ific? important? a stresului metabolic ?i a destinului celular.

Sentirea anormal? a aminoacizilor este strans legat? de cancer, diabet, boli neurodegenerative ?i procesul de ?mb?tranire. Prin urmare, explorarea mecanismului molecular al induc?iei anormale de aminoacizi poate oferi o nou? ?int? pentru prevenirea sau tratamentul bolilor metabolice ?i cancerului. Valina, ca aminoacid esen?ial cu lan? ramificat, joac? un rol important ?n sinteza proteinelor, neurocomportament ?i progresia leucemiei. Cu toate acestea, mecanismul ?i func?ia de detectare celular? a valinei r?man neclare.

Pe 20 noiembrie 2024, echipa lui Wang Ping de la ?coala de Medicin? a Universit??ii Tongji / Spitalul 10 al Poporului Afiliat a publicat o lucrare de cercetare intitulat? ?Human HDAC6 senses valeline abundance to regulate DNA damage” ?n revista Nature.

Acest studiu a identificat un nou senzor specific valinei, deacetilaza uman? HDAC6, ?i a dezv?luit mecanismul specific prin care restric?ia valinei duce la translocarea nuclear? a HDAC6, sporind astfel activitatea TET2 ?i inducand leziuni ADN.

?n mod interesant, acest mecanism de detectare este unic pentru primate, iar analiza ulterioar? a mecanismului a ar?tat c? primata HDAC6 con?ine un domeniu de repetare specific glutamat-tetranectid (SE14) bogat ?n serin? ?i detecteaz? abunden?a valinei prin acest domeniu. ?n ceea ce prive?te tratamentul tumorii, restric?ia moderat? a valinei sau combina?ia de inhibitori PARP poate inhiba eficient cre?terea tumorii.

Acest studiu dezv?luie un mecanism nou prin care stresul nutri?ional regleaz? deteriorarea ADN-ului prin modificarea epigenetic? ?i propune o strategie nou? pentru tratamentul tumorii cu o diet? restric?ionat? ?n valin? combinat? cu inhibitori PARP.

Senzorii de aminoacizi trebuie de obicei s? combine aminoacizii pentru a recunoa?te ?i a r?spunde la modific?rile concentra?iei de aminoacizi ?n interiorul ?i ?n afara celulei, astfel ?ncat s? ??i ?ndeplineasc? func?ia de detectare.

Pentru a identifica ?n mod sistematic proteinele care leag? valin?, au fost utilizate sonde de valin? biotinilate pentru experimente cu imunocoprecipitare combinate cu spectrometrie de mas?, iar screeningul impar?ial al proteinelor care leag? valin? a fost efectuat? prin biologie chimic?.

Autorii au descoperit c?, ?n plus fa?? de sintetazele valyl tRNA (VARS), deacetilaza HDAC6 a ar?tat o capacitate de legare a D-valin? mai puternic? ?n compara?ie cu VARS. Autorii au confirmat ?n continuare c? HDAC6 poate lega direct valin? cu o afinitate de Kd ≈ 2μM prin experimente de legare izotopic?, experimente de calorimetrie cu titrare izoterm? (ITC) ?i experimente de deriva termic?. Analiza caracteristicilor structurale ale aminoacizilor recunoscu?i de proteinele de detectare este util? pentru a ?n?elege ?n continuare mecanismul molecular al schimb?rii abunden?ei de aminoacizi induse de celule. Analizand experimentele de legare a analogilor valinei, autorii au descoperit c? HDAC6 recunoa?te terminalul carboxil ?i lan?ul lateral al valinei ?i poate tolera modificarea terminalului amino. ?n plus, ?n celulele knockout HDAC6, reglarea c?ii de semnalizare mTOR prin restric?ia valinei nu a fost semnificativ diferit? de cea a grupului de control, ceea ce sugereaz? c? aceast? legare a fost diferit? de calea tradi?ional? de semnalizare de detectare a aminoacizilor.

Pentru a explora domeniul ?i func?ia important? a valinei de detectare HDAC6. Autorii au mai stabilit c? HDAC6 leag? valin? prin domeniul s?u SE14 prin experimentul de legare a corpului trunchiat HDAC6. ?n mod surprinz?tor, autorii au descoperit, prin compara?ie de omologie, c? domeniul SE14 este prezent doar ?n HDAC6 la primate. Spre deosebire de HDAC6 de primate (oameni ?i maimu?e), HDAC6 de ?oarece nu se leag? de valin?. Aceast? descoperire dezv?luie diferen?ele dintre diferitele specii ?n inducerea valinei, sugerand c? evolu?ia speciilor joac? un rol important ?n inducerea aminoacizilor.

Pe baza concluziei c? HDAC6 se leag? direct de valin? prin domeniul s?u SE14, autorii au speculat c? modific?rile puterii de legare a HDAC6 ?i a valinei pot afecta structura ?i func?ia acesteia atunci cand abunden?a valinei ?n celule se modific?. Printr-o serie de experimente ?i combinate cu literatura despre rolul important al domeniului SE14 ?n reten?ia citoplasmatic? a HDAC6, autorii au descoperit c? deficien?a intracelular? de valin? poate induce translocarea HDAC6 ?n nucleu. Regiunea activ? a enzimei (DAC1 ?i DAC2) se leag? de regiunea activ? (domeniul CD) a ADN hidroximetilazei TET2, promovand deacetilarea TET2 ?i apoi activand activitatea sa enzimatic?. Folosind tehnici de metilomic?, cum ar fi WGBS, ACE-Seq ?i MAB-Seq, am confirmat ?n continuare c? ?nfometarea valinei intracelulare poate promova demetilarea activ? a ADN-ului prin axa semnalului HDAC6-TET2. Anterior, echipa lui Andre Nussenzweig a descoperit c? demetilarea activ? a ADN-ului dependent? de timin? ADN glicozilaz? (TDG) a dus la deteriorarea ADN-ului cu o singur? caten? asupra amplificatorului neuronal. Prin combinarea TET2 ChIP-Seq cu tehnologia de secven?iere de mare performan?? END-Seq ?i ddC S1 END-Seq, am stabilit c? deficien?a de valin? promoveaz? deteriorarea ADN-ului. Deteriorarea ADN-ului indus? de deficien?a de valin? este, de asemenea, dependent? de deteriorarea monocatenar? cauzat? de excizia TDG a oximetilcitozinei (5fC/5caC).

Lua?i ?mpreun?, autorii au descoperit noi senzori de valin? ?i au elucidat pentru prima dat? mecanismul molecular prin care valina limiteaz? inducerea deterior?rii ADN-ului prin axa de semnalizare HDAC6-TET2-TDG, ad?ugand o nou? dimensiune ?n?elegerii func?iei stresului aminoacizilor ?n determinarea destinului celular.

Restric?ia alimentar? sau ?intirea metabolismului ?i a percep?iei aminoacizilor a devenit o strategie adjuvant? pentru prelungirea vie?ii ?i tratamentul multor boli, inclusiv cancerul. Avand ?n vedere c? privarea de valin? poate induce deteriorarea ADN-ului, autorii au investigat ?n continuare dac? restric?ia cu valin? joac? un rol ?n tratamentul cancerului. ?ntr-un model de tumor? cu xenogref? de cancer colorectal, o diet? adecvat? restric?ionat? cu valin? (0,41% valin?, w/w) a inhibat semnificativ cre?terea tumorii cu mai pu?ine efecte secundare. ?n ambele grupuri de prevenire ?i de tratament, autorii au demonstrat ?n continuare c? o diet? restric?ionat? cu valin? a inhibat tumorigeneza ?i progresia folosind un model PDX de cancer colorectal. ?n probele tumorale, nivelurile sc?zute de valine au fost corelate pozitiv cu transloca?iile nucleare HDAC6 crescute, nivelurile de 5hmC ?i deteriorarea ADN-ului. Deoarece inducerea deterior?rii ADN-ului este o terapie anticanceroas?, este posibil din punct de vedere clinic s? se blocheze repararea ADN-ului prin utilizarea inhibitorilor PARP. Autorii au descoperit c? combina?ia dintre dieta restric?ionat? cu valin? ?i inhibitorul PARP talazoparib a ?mbun?t??it ?n mod semnificativ efectul antitumoral, oferind dovezi puternice pentru terapia de tratare a cancerului prin inducerea deterior?rii ADN-ului.

?n concluzie, studiul a constatat c? HDAC6 la primate este o nou? protein? de detectare a valinei, independent? de senzorii tradi?ionali, dezv?luind diferen?e ?n detectarea valinei ?ntre diferite specii, indicand rolul important al evolu?iei biologice ?n detectarea aminoacizilor.

?n plus, acest studiu elucideaz? un nou mecanism de reglare interactiv? a stresului metabolic nutri?ional, reglarea epigenetic? ?i deteriorarea ADN-ului, l?rge?te importan?a stresului metabolic nutri?ional ?n biologia stresului ?i constat? c? combina?ia dintre diet? restric?ionat? cu valin? ?i inhibitori PARP poate fi utilizat? ca o nou? strategie pentru tratamentul cancerului.