Aminokyseliny sú základnymi zlo?kami bielkovín a d?le?itymi zlo?kami ?udskych tkanív, ktoré zohrávajú úlohu pri prenose bunkového signálu, regulácii aktivity enzymov, imunitnej funkcii a inych fyziologickych funkciách.

Mno?stvo aminokyselín v bunkách sa ?asto mení v r?znych fyziologickych a patologickych stavoch. Preto je d?le?itym vedeckym problémom metabolického stresu a bunkového osudu to, ako telo vníma zmenu hladiny aminokyselín a robí adaptívnu odpove?.

Abnormálne snímanie aminokyselín úzko súvisí s rakovinou, cukrovkou, neurodegeneratívnymi ochoreniami a procesom starnutia. Preto skúmanie molekulárneho mechanizmu abnormálnej indukcie aminokyselín m??e poskytnú? novy cie? na prevenciu alebo lie?bu metabolickych ochorení a rakoviny. Valín, ako esenciálna aminokyselina s rozvetvenym re?azcom, hrá d?le?itú úlohu pri syntéze proteínov, neurobehavior a progresii leukémie. Mechanizmus a funkcia bunkového snímania valínu v?ak zostávajú nejasné.

20. novembra 2024 tím Wanga Pinga z Tongji University School of Medicine / 10th Affiliated People's Hospital publikoval v ?asopise Nature vyskumnú prácu s názvom ?Human HDAC6 senses valine abundancy to regular DNA damage“.

Táto ?túdia identifikovala novy valín ?pecificky senzor, ?udskú deacetylázu HDAC6, a odhalila ?pecificky mechanizmus, ktorym re?trikcia valínu vedie k jadrovej translokácii HDAC6, ?ím sa zvy?uje aktivita TET2 a indukuje sa po?kodenie DNA.

Je zaujímavé, ?e tento mechanizmus snímania je jedine?ny pre primáty a ?al?ia analyza mechanizmu odhalila, ?e primát HDAC6 obsahuje ?pecifickú opakujúcu sa doménu glutamát-tetranektidu (SE14) bohatú na serín a prostredníctvom tejto domény sníma nadbytok valínu. Pokia? ide o lie?bu nádoru, mierna re?trikcia valínu alebo kombinácia inhibítorov PARP m??e ú?inne inhibova? rast nádoru.

Táto ?túdia odha?uje novy mechanizmus, ktorym nutri?ny stres reguluje po?kodenie DNA prostredníctvom epigenetickej modifikácie, a navrhuje novú stratégiu lie?by nádorov diétou s obmedzením valínu v kombinácii s inhibítormi PARP.

Aminokyselinové senzory zvy?ajne potrebujú kombinova? aminokyseliny, aby rozpoznali a reagovali na zmeny v koncentrácii aminokyselín vo vnútri a mimo bunky, aby mohli vykonáva? svoju funkciu snímania.

Aby sa systematicky identifikovali proteíny via?uce valín, biotinylované valínové sondy sa pou?ili na experimenty s imunokoprecipitátmi v kombinácii s hmotnostnou spektrometriou a nestranny skríning proteínov via?ucich valín sa uskuto?nil chemickou biológiou.

Autori zistili, ?e okrem známych valyl tRNA syntetáz (VARS), deacetyláza HDAC6 vykazovala silnej?iu D-valínovú v?zbovú kapacitu v porovnaní s VARS. Autori ?alej potvrdili, ?e HDAC6 m??e priamo viaza? valín s afinitou Kd ≈ 2 μM prostredníctvom experimentov s izotopovou v?zbou, experimentov s izotermickou titra?nou kalorimetriou (ITC) a experimentov s tepelnym driftom. Analyza ?trukturálnych charakteristík aminokyselín rozpoznávanych snímacími proteínmi je u?ito?ná na ?al?ie pochopenie molekulárneho mechanizmu zmeny mno?stva aminokyselín indukovanej bunkami. Analyzou v?zbovych experimentov valínovych analógov autori zistili, ?e HDAC6 rozpoznáva karboxylovy terminál a bo?ny re?azec valínu a m??e tolerova? modifikáciu amino terminálu. Okrem toho v HDAC6 knockout bunkách sa regulácia signálnej dráhy mTOR valínovou re?trikciou vyznamne nelí?ila od regulácie kontrolnej skupiny, ?o nazna?uje, ?e táto v?zba sa lí?ila od tradi?nej signálnej dráhy snímania aminokyselín.

S cie?om preskúma? d?le?itú doménu a funkciu HDAC6 snímania valínu. Autori ?alej ur?ili, ?e HDAC6 via?e valín cez svoju SE14 doménu prostredníctvom HDAC6 skráteného telesného v?zbového experimentu. Prekvapivo autori porovnaním homológie zistili, ?e doména SE14 je prítomná iba v HDAC6 u primátov. Na rozdiel od primátov (?lovek a opice) HDAC6 sa my?ací HDAC6 nevia?e na valín. Toto zistenie odha?uje rozdiely medzi r?znymi druhmi vo valínovej indukcii, ?o nazna?uje, ?e evolúcia druhov hrá d?le?itú úlohu pri indukcii aminokyselín.

Na základe záveru, ?e HDAC6 priamo via?e valín prostredníctvom svojej domény SE14, autori ?pekulovali, ?e zmeny vo v?zbovej sile HDAC6 a valínu m??u ovplyvni? jeho ?truktúru a funkciu, ke? sa mno?stvo valínu v bunkách zmení. Prostredníctvom série experimentov a v kombinácii s literatúrou o d?le?itej úlohe domény SE14 pri cytoplazmatickej retencii HDAC6 autori zistili, ?e intracelulárny nedostatok valínu m??e indukova? translokáciu HDAC6 do jadra. Aktívna oblas? enzymu (DAC1 a DAC2) sa via?e na aktívnu oblas? (doménu CD) DNA hydroxymetylázy TET2, ?ím podporuje deacetyláciu TET2 a potom aktivuje jej enzymovú aktivitu. Pomocou metylomickych techník, ako sú WGBS, ACE-Seq a MAB-Seq, sme ?alej potvrdili, ?e intracelulárne hladovanie valínu m??e podporova? aktívnu demetyláciu DNA prostredníctvom signálnej osi HDAC6-TET2. Predtym tím Andreho Nussenzweiga zistil, ?e aktívna demetylácia DNA závislá od tymínovej DNA glykozylázy (TDG) viedla k po?kodeniu jednovláknovej DNA na neuronálnom zosilňova?i. Kombináciou TET2 ChIP-Seq s vysokovykonnou sekven?nou technológiou END-Seq a ddC S1 END-Seq sme zistili, ?e nedostatok valínu podporuje po?kodenie DNA. Po?kodenie DNA vyvolané deficienciou valínu tie? závisí od po?kodenia jedného re?azca sp?sobeného TDG excíziou oxymetylcytozínu (5fC/5caC).

Celkovo vzaté, autori objavili nové valínové senzory a po prvykrát objasnili molekulárny mechanizmus, ktorym valín obmedzuje indukciu po?kodenia DNA prostredníctvom signálnej osi HDAC6-TET2-TDG, ?ím pridávajú novy rozmer k pochopeniu funkcie aminokyselinového stresu pri ur?ovaní osudu buniek.

Diétne obmedzenie alebo zacielenie metabolizmu a snímania aminokyselín sa stalo doplnkovou stratégiou na pred??enie ?ivota a lie?bu mnohych chor?b, vrátane rakoviny. Vzh?adom na to, ?e deprivácia valínu m??e vyvola? po?kodenie DNA, autori ?alej skúmali, ?i re?trikcia valínu hrá úlohu pri lie?be rakoviny. V modeli xenograftového nádoru kolorektálneho karcinómu vhodná diéta s obmedzením valínu (0,41 % valín, w/w) vyznamne inhibovala rast nádoru s men?ím po?tom ved?aj?ích ú?inkov. V skupine prevencie aj lie?by autori ?alej demon?trovali, ?e diéta s obmedzením valínu inhibovala tumorigenézu a progresiu s pou?itím modelu PDX kolorektálneho karcinómu. Vo vzorkách nádorov zní?ené hladiny valínu pozitívne korelovali so zvy?enymi jadrovymi translokáciami HDAC6, hladinami 5hmC a po?kodením DNA. Preto?e vyvolanie po?kodenia DNA je protirakovinovou terapiou, je klinicky mo?né blokova? opravu DNA pou?itím inhibítorov PARP. Autori zistili, ?e kombinácia diéty s obmedzením valínu a inhibítora PARP talazoparibu vyznamne zvy?ila protinádorovy ú?inok, ?o poskytuje silny d?kaz pre terapiu na lie?bu rakoviny indukciou po?kodenia DNA.

Na záver, ?túdia zistila, ?e HDAC6 u primátov je novy proteín snímajúci valín nezávisly od tradi?nych senzorov, ?o odha?uje rozdiely v snímaní valínu medzi r?znymi druhmi, ?o nazna?uje d?le?itú úlohu biologickej evolúcie pri snímaní aminokyselín.

Okrem toho táto ?túdia objasňuje novy mechanizmus interaktívnej regulácie nutri?ného metabolického stresu, epigenetickej regulácie a po?kodenia DNA, roz?iruje vyznam nutri?ného metabolického stresu v biológii stresu a zis?uje, ?e kombinácia diéty s obmedzením valínu a inhibítorov PARP m??e by? pou?itá ako nová stratégia lie?by rakoviny.