Аминокиселине су основне компоненте протеина и важне компоненте ?удских ткива, игра?у улогу трансдукци?е ?ели?ског сигнала, регулаци?е активности ензима, функци?е имунитета и других физиолошких функци?а.

Оби?е аминокиселина у ?ели?ама често се ме?а у различитим физиолошким и патолошким ста?има. Стога ?е важан научни проблем метаболичког стреса и судбине ?ели?е како тело осе?а промену нивоа аминокиселина и прави адаптивни одговор.

Абнормални сензор аминокиселина ?е уско повезан са раком, ди?абетесом, неуродегенеративним болестима и процесом старе?а. Стога, истражива?е молекуларног механизма абнормалне индукци?е аминокиселина може пружити нову мету за превенци?у или лече?е метаболичких болести и рака. Валин, као есенци?ална аминокиселина разгранатог ланца, игра важну улогу у синтези протеина, неуропонаша?у и напредова?у леукеми?е. Ме?утим, механизам и функци?а ?ели?ског сенсинга валина оста?у не?асни.

Дана 20. новембра 2024, тим Ванг Пинга са Медицинског факултета Универзитета Тонг?и / 10. придружене народне болнице об?авио ?е истраживачки рад под насловом ?Хуман ХДАЦ6 осе?а оби?е валина да регулише оште?е?е ДНК“ у часопису Натуре.

Ова студи?а ?е идентификовала нови сензор специфичан за валин, ?удску деацетилазу ХДАЦ6, и открила специфичан механизам ко?им рестрикци?а валина доводи до нуклеарне транслокаци?е ХДАЦ6, чиме се пове?ава активност ТЕТ2 и изазива оште?е?е ДНК.

Заним?иво ?е да ?е ова? механизам сенсинга ?единствен за примате, а да?а анализа механизма ?е открила да примат ХДАЦ6 садржи специфични домен глутамата-тетранекта (СЕ14) богатог серином и осе?а оби?е валина кроз ова? домен. У погледу лече?а тумора, умерена рестрикци?а валина или комбинаци?а ПАРП инхибитора могу ефикасно инхибирати раст тумора.

Ова студи?а открива нови механизам ко?им стрес у исхрани регулише оште?е?е ДНК кроз епигенетску модификаци?у и предлаже нову стратеги?у за лече?е тумора исхраном ограниченом валином у комбинаци?и са ПАРП инхибиторима.

Сензори аминокиселина обично мора?у да комбину?у аминокиселине да би препознали и реаговали на промене у концентраци?и аминокиселина унутар и ван ?ели?е, како би извршили сво?у сензорску функци?у.

Да би се систематски идентификовали протеини ко?и везу?у валин, биотиниловане валинске сонде су кориш?ене за експерименте имунокопреципитата у комбинаци?и са масеном спектрометри?ом, а непристрасни скрининг протеина ко?и везу?у валин ?е изведен хеми?ском биологи?ом.

Аутори су открили да ?е поред познатих валил тРНА синтетаза (ВАРС), деацетилаза ХДАЦ6 показала ?ачи капацитет везива?а Д-валина у поре?е?у са ВАРС-ом. Аутори су да?е потврдили да ХДАЦ6 може директно да веже валин са афинитетом од Кд ≈ 2μМ кроз експерименте везива?а изотопа, експерименте изотермалне титрационе калориметри?е (ИТЦ) и експерименте термичког дрифта. Анализа структурних карактеристика аминокиселина ко?е препозна?у сензитивни протеини помаже у да?ем разумева?у молекуларног механизма промене оби?а амино киселина изазване ?ели?ама. Анализом експеримената везива?а аналога валина, аутори су открили да ХДАЦ6 препозна?е карбоксилни терминал и бочни ланац валина и може толерисати модификаци?у амино терминала. Поред тога, у ХДАЦ6 нокаут ?ели?ама, регулаци?а мТОР сигналног пута рестрикци?ом валина ни?е била знача?но другачи?а од оне у контролно? групи, што сугерише да ?е ово везива?е било другачи?е од традиционалног сигналног пута ко?и открива аминокиселине.

У ци?у истражива?а важног домена и функци?е ХДАЦ6 сенсинга валина. Аутори су да?е утврдили да ХДАЦ6 везу?е валин преко свог СЕ14 домена кроз експеримент везива?а ХДАЦ6 скра?еног тела. Изнена?у?у?е, аутори су поре?е?ем хомологи?е открили да ?е домен СЕ14 присутан само у ХДАЦ6 код примата. За разлику од ХДАЦ6 примата (?уди и ма?муна), ХДАЦ6 миша се не везу?е за валин. Ова? налаз открива разлике изме?у различитих врста у индукци?и валина, што сугерише да еволуци?а врста игра важну улогу у индукци?и аминокиселина.

На основу зак?учка да ХДАЦ6 директно везу?е валин преко свог СЕ14 домена, аутори су спекулисали да промене у ?ачини везива?а ХДАЦ6 и валина могу утицати на ?егову структуру и функци?у када се промени оби?е валина у ?ели?ама. Кроз сери?у експеримената и у комбинаци?и са литературом о важно? улози СЕ14 домена у цитоплазматском задржава?у ХДАЦ6, аутори су открили да интрацелуларни недостатак валина може да изазове транслокаци?у ХДАЦ6 у ?езгро. Активни регион ензима (ДАЦ1 и ДАЦ2) се везу?е за активни регион (ЦД домен) ДНК хидроксиметилазе ТЕТ2, промовишу?и деацетилаци?у ТЕТ2, а затим активира?у?и ?егову активност ензима. Користе?и технике метиломике као што су ВГБС, АЦЕ-Сек и МАБ-Сек, додатно смо потврдили да интрацелуларно гладова?е валином може промовисати активну деметилаци?у ДНК кроз сигналну осу ХДАЦ6-ТЕТ2. Претходно ?е тим Андре Нусенцва?га открио да активна деметилаци?а ДНК зависна од тимин ДНК гликозилазе (ТДГ) доводи до оште?е?а ?едноланчаног ДНК на неуронском по?ачивачу. Комбинова?ем ТЕТ2 ЦхИП-Сек са високопропусном технологи?ом секвенцира?а ЕНД-Сек и ддЦ С1 ЕНД-Сек, утврдили смо да недостатак валина промовише оште?е?е ДНК. Оште?е?е ДНК изазвано недостатком валина тако?е зависи од оште?е?а ?едног ланца изазваног ТДГ ексцизи?ом оксиметилцитозина (5фЦ/5цаЦ).

Узети за?едно, аутори су открили нове валинске сензоре и по први пут раз?аснили молекуларни механизам ко?им валин ограничава индукци?у оште?е?а ДНК преко сигналне осе ХДАЦ6-ТЕТ2-ТДГ, дода?у?и нову димензи?у разумева?у функци?е стреса аминокиселина у одре?ива?у судбине ?ели?е.

Ограниче?е у исхрани или ци?а?е метаболизма аминокиселина и сенсинга постало ?е додатна стратеги?а за продуже?е живота и лече?е многих болести, ук?учу?у?и рак. С обзиром на то да деприваци?а валина може изазвати оште?е?е ДНК, аутори су да?е истраживали да ли рестрикци?а валина игра улогу у лече?у рака. У моделу тумора ксенотрансплантата колоректалног карцинома, одговара?у?а ди?ета ограничена на валин (0,41% валина, в/в) знача?но ?е инхибирала раст тумора са ма?е неже?ених ефеката. У групама за превенци?у и лече?е, аутори су да?е показали да ди?ета ограничена валином инхибира туморигенезу и прогреси?у користе?и ПДКС модел колоректалног карцинома. У узорцима тумора, сма?ени нивои валина били су у позитивно? корелаци?и са пове?аним нуклеарним транслокаци?ама ХДАЦ6, нивоима 5хмЦ и оште?е?ем ДНК. Пошто ?е изазива?е оште?е?а ДНК терапи?а против рака, клинички ?е могу?е блокирати поправку ДНК употребом ПАРП инхибитора. Аутори су открили да ?е комбинаци?а исхране ограничене валином и ПАРП инхибитора талазопариба знача?но по?ачала антитуморски ефекат, пружа?у?и снажне доказе за терапи?у за лече?е рака изазива?ем оште?е?а ДНК.

У зак?учку, студи?а ?е открила да ?е ХДАЦ6 код примата нови протеин ко?и детекту?е валин, независан од традиционалних сензора, открива?у?и разлике у сенсингу валина ме?у различитим врстама, што указу?е на важну улогу биолошке еволуци?е у детекци?и аминокиселина.

Поред тога, ова студи?а раз?аш?ава нови механизам интерактивне регулаци?е нутритивног метаболичког стреса, епигенетске регулаци?е и оште?е?а ДНК, проширу?е знача? нутритивног метаболичког стреса у биологи?и стреса и открива да се комбинаци?а исхране ограничене валином и ПАРП инхибитора може користити као нова стратеги?а за лече?е рака.