Aminosyror ?r de grundl?ggande komponenterna i proteiner och viktiga komponenter i m?nskliga v?vnader, som spelar rollen som cellsignaltransduktion, enzymaktivitetsreglering, immunfunktion och andra fysiologiska funktioner.

F?rekomsten av aminosyror i celler f?r?ndras ofta i olika fysiologiska och patologiska tillst?nd. D?rf?r ?r hur kroppen k?nner av f?r?ndringen av aminosyraniv?n och g?r en adaptiv respons ett viktigt vetenskapligt problem med metabolisk stress och cell?de.

Onormal aminosyraavk?nning ?r n?ra relaterad till cancer, diabetes, neurodegenerativa sjukdomar och ?ldrandeprocesser. Att utforska den molekyl?ra mekanismen f?r onormal aminosyrainduktion kan d?rf?r ge ett nytt m?l f?r f?rebyggande eller behandling av metabola sjukdomar och cancer. Valin, som en viktig grenkedjig aminosyra, spelar en viktig roll i proteinsyntes, neurobeteende och leukemiprogression. Mekanismen och funktionen av cellul?r avk?nning av valin f?rblir dock oklara.

Den 20 november 2024 publicerade Wang Pings team fr?n Tongji University School of Medicine / 10th Affiliated People's Hospital en forskningsartikel med titeln "Human HDAC6 senses valine abundancy to regulate DNA damage" i tidskriften Nature.

Denna studie identifierade en ny valinspecifik sensor, humant deacetylas HDAC6, och avsl?jade den specifika mekanismen genom vilken valinrestriktion leder till nukle?r translokation av HDAC6, vilket f?rb?ttrar TET2-aktiviteten och inducerar DNA-skada.

Intressant nog ?r denna avk?nningsmekanism unik f?r primater, och ytterligare mekanismanalys visade att primat HDAC6 inneh?ller en specifik serinrik glutamat-tetranektid (SE14) upprepad dom?n och k?nner av valin?verfl?d genom denna dom?n. N?r det g?ller tum?rbehandling kan m?ttlig valinrestriktion eller kombination av PARP-h?mmare effektivt h?mma tum?rtillv?xt.

Denna studie avsl?jar en ny mekanism genom vilken n?ringsstress reglerar DNA-skador genom epigenetisk modifiering, och f?resl?r en ny strategi f?r tum?rbehandling med valinbegr?nsad diet kombinerad med PARP-h?mmare.

Aminosyrasensorer beh?ver vanligtvis kombinera aminosyror f?r att k?nna igen och svara p? f?r?ndringar i aminosyrakoncentrationen inuti och utanf?r cellen, f?r att kunna utf?ra sin avk?nningsfunktion.

F?r att systematiskt identifiera valinbindande proteiner anv?ndes biotinylerade valinprober f?r immunoprecipitatexperiment kombinerat med masspektrometri, och opartisk screening av valinbindande proteiner utf?rdes av kemisk biologi.

F?rfattarna fann att f?rutom de k?nda valyl-tRNA-syntetaserna (VARS) visade deacetylaset HDAC6 en starkare D-valinbindningskapacitet j?mf?rt med VARS. F?rfattarna bekr?ftade vidare att HDAC6 direkt kan binda valin med en affinitet p? Kd ≈ 2μM genom isotopbindningsexperiment, isotermisk titreringskalorimetri (ITC) och termiska driftexperiment. Analysen av de strukturella egenskaperna hos aminosyror som k?nns igen av avk?nningsproteiner ?r till hj?lp f?r att ytterligare f?rst? den molekyl?ra mekanismen f?r f?r?ndringen av aminosyra?verfl?d som induceras av celler. Genom att analysera bindningsexperimenten f?r valinanaloger fann f?rfattarna att HDAC6 k?nner igen karboxylterminalen och sidokedjan av valin och kan tolerera den aminoterminala modifieringen. Dessutom, i HDAC6 knockout-celler, var regleringen av mTOR-signalv?gen genom valinrestriktion inte signifikant skild fr?n kontrollgruppen, vilket tyder p? att denna bindning skilde sig fr?n den traditionella aminosyraavk?nnande signalv?gen.

F?r att utforska den viktiga dom?nen och funktionen hos HDAC6-avk?nnande valin. F?rfattarna fastst?llde vidare att HDAC6 binder valin genom dess SE14-dom?n genom HDAC6 trunkerade kroppsbindningsexperimentet. ?verraskande fann f?rfattarna genom homologisk j?mf?relse att SE14-dom?nen endast finns i HDAC6 hos primater. Till skillnad fr?n primat (m?nniskor och apa) HDAC6, binder inte mus HDAC6 till valin. Detta fynd avsl?jar skillnaderna mellan olika arter i valininduktion, vilket tyder p? att artutveckling spelar en viktig roll i aminosyrainduktion.

Baserat p? slutsatsen att HDAC6 direkt binder valin genom sin SE14-dom?n, spekulerade f?rfattarna att f?r?ndringar i bindningsstyrkan hos HDAC6 och valin kan p?verka dess struktur och funktion n?r m?ngden valin i celler f?r?ndras. Genom en serie experiment och kombinerat med litteraturen om SE14-dom?nens viktiga roll i den cytoplasmatiska retentionen av HDAC6 fann f?rfattarna att intracellul?r valinbrist kan inducera HDAC6-translokation till k?rnan. Enzymets aktiva region (DAC1 och DAC2) binder till den aktiva regionen (CD-dom?nen) av DNA-hydroximetylas TET2, vilket fr?mjar deacetyleringen av TET2 och aktiverar sedan dess enzymaktivitet. Med hj?lp av metylomiktekniker som WGBS, ACE-Seq och MAB-Seq bekr?ftade vi vidare att intracellul?r valinsv?lt kan fr?mja aktiv DNA-demetylering genom HDAC6-TET2-signalaxeln. Tidigare fann Andre Nussenzweigs team att tymin-DNA-glykosylas (TDG)-beroende aktiv DNA-demetylering resulterade i DNA-enkelstr?ngsskada p? neuronal f?rst?rkare. Genom att kombinera TET2 ChIP-Seq med high-throughput sekvenseringsteknologi END-Seq och ddC S1 END-Seq, best?mde vi att valinbrist fr?mjar DNA-skada. DNA-skadan som induceras av valinbrist ?r ocks? beroende av enkelstr?ngsskadan som orsakas av TDG-excision av oximetylcytosin (5fC/5caC).

Sammantaget uppt?ckte f?rfattarna nya valinsensorer och f?r f?rsta g?ngen klargjorde den molekyl?ra mekanismen genom vilken valin begr?nsar induktionen av DNA-skada via HDAC6-TET2-TDG-signalaxeln, vilket tillf?r en ny dimension till f?rst?elsen av funktionen av aminosyrastress vid best?mning av cell?de.

Dietrestriktioner eller inriktning p? aminosyrametabolism och avk?nning har blivit en kompletterande strategi f?r livsf?rl?ngning och behandling av m?nga sjukdomar, inklusive cancer. Med tanke p? att valinbrist kan inducera DNA-skada, unders?kte f?rfattarna ytterligare om valinrestriktion spelar en roll vid cancerbehandling. I en xenografttum?rmodell f?r kolorektal cancer h?mmade en l?mplig valinbegr?nsad diet (0,41 % valin, vikt/vikt) signifikant tum?rtillv?xt med f?rre biverkningar. I b?de f?rebyggande och behandlingsgrupper visade f?rfattarna vidare att en valinbegr?nsad diet h?mmade tum?rbildning och progression med anv?ndning av en PDX-modell f?r kolorektal cancer. I tum?rprover var minskade valinniv?er positivt korrelerade med ?kade HDAC6-k?rntranslokationer, 5hmC-niv?er och DNA-skada. Eftersom inducering av DNA-skada ?r en anticancerterapi ?r det kliniskt m?jligt att blockera DNA-reparation genom att anv?nda PARP-h?mmare. F?rfattarna fann att kombinationen av valinbegr?nsad kost och PARP-h?mmaren talazoparib signifikant f?rst?rkte antitum?reffekten, vilket ger starka bevis f?r behandlingen f?r att behandla cancer genom att inducera DNA-skada.

Sammanfattningsvis fann studien att HDAC6 hos primater ?r ett nytt valinavk?nnande protein oberoende av traditionella sensorer, vilket avsl?jar skillnader i valinavk?nning mellan olika arter, vilket indikerar den viktiga rollen av biologisk evolution i aminosyraavk?nning.

Dessutom belyser denna studie en ny mekanism f?r den interaktiva regleringen av n?ringsmetabolisk stress, epigenetisk reglering och DNA-skador, breddar betydelsen av n?ringsmetabolisk stress i stressbiologi och finner att kombinationen av valinbegr?nsad kost och PARP-h?mmare kan anv?ndas som en ny strategi f?r cancerbehandling.