Ам?нокислоти ? основними компонентами б?лк?в ? важливими компонентами тканин людини, в?д?граючи роль трансдукц?? кл?тинного сигналу, регуляц?? активност? фермент?в, ?мунно? функц?? та ?нших ф?з?олог?чних функц?й.

Вм?ст ам?нокислот у кл?тинах часто зм?ню?ться при р?зних ф?з?олог?чних ? патолог?чних станах. Тому те, як орган?зм в?дчува? зм?ну р?вня ам?нокислот ? реагу? на адаптац?ю, ? важливою науковою проблемою метабол?чного стресу та дол? кл?тин.

Аномальне в?дчуття ам?нокислот т?сно пов’язане з раком, д?абетом, нейродегенеративними захворюваннями та процесом стар?ння. Таким чином, вивчення молекулярного механ?зму аномально? ?ндукц?? ам?нокислот може стати новою метою для проф?лактики або л?кування метабол?чних захворювань ? раку. Вал?н, як незам?нна ам?нокислота з розгалуженим ланцюгом, в?д?гра? важливу роль у синтез? б?лка, нейроповед?нц? та прогресуванн? лейкем??. Однак механ?зм ? функц?я кл?тинного сприйняття вал?ну залишаються неясними.

20 листопада 2024 року команда Ван П?на з Медично? школи Ун?верситету Тунцз? / 10-? аф?л?йовано? народно? л?карн? опубл?кувала в журнал? Nature досл?дницьку статтю п?д назвою ?Human HDAC6 в?дчува? надлишок вал?ну для регулювання пошкодження ДНК?.

Це досл?дження ?дентиф?кувало новий вал?н-специф?чний сенсор, людську деацетилазу HDAC6, ? виявило специф?чний механ?зм, за допомогою якого обмеження вал?ну призводить до ядерно? транслокац?? HDAC6, тим самим посилюючи активн?сть TET2 ? викликаючи пошкодження ДНК.

Ц?каво, що цей механ?зм в?дчуття ? ун?кальним для примат?в, ? подальший анал?з механ?зму показав, що примат HDAC6 м?стить специф?чний багатий серином глутамат-тетранектид (SE14) повторюваний домен ? в?дчува? надлишок вал?ну через цей домен. Що стосу?ться л?кування пухлини, пом?рне обмеження вал?ну або комб?нац?я ?нг?б?тор?в PARP може ефективно пригн?чувати р?ст пухлини.

Це досл?дження розкрива? новий механ?зм, за допомогою якого харчовий стрес регулю? пошкодження ДНК шляхом еп?генетично? модиф?кац??, ? пропону? нову стратег?ю л?кування пухлини за допомогою д??ти з обмеженим вм?стом вал?ну в по?днанн? з ?нг?б?торами PARP.

Датчики ам?нокислот зазвичай потребують комб?нування ам?нокислот, щоб розп?знавати та реагувати на зм?ни концентрац?? ам?нокислот всередин? та поза кл?тиною, щоб виконувати свою функц?ю сприйняття.

Для систематично? ?дентиф?кац?? б?лк?в, що зв’язують вал?н, використовувалися б?отин?льован? вал?нов? зонди для експеримент?в з ?мунокопрецип?тац??ю в по?днанн? з мас-спектрометр??ю, а також проводився об’?ктивний скрин?нг б?лк?в, що зв’язують вал?н, за допомогою х?м?чно? б?олог??.

Автори виявили, що на додаток до в?домих вал?л-тРНК-синтетаз (VARS), деацетилаза HDAC6 продемонструвала б?льш сильну здатн?сть до зв’язування D-вал?ну пор?вняно з VARS. Кр?м того, автори п?дтвердили, що HDAC6 може безпосередньо зв’язувати вал?н ?з спор?днен?стю Kd ≈ 2 мкМ за допомогою експеримент?в ?зотопного зв’язування, експеримент?в калориметр?? з ?зотерм?чним титруванням (ITC) та експеримент?в з тепловим дрейфом. Анал?з структурних характеристик ам?нокислот, розп?знаних сенсорними б?лками, корисний для подальшого розум?ння молекулярного механ?зму зм?ни к?лькост? ам?нокислот, ?ндукованого кл?тинами. Анал?зуючи експерименти з? зв’язуванням аналог?в вал?ну, автори виявили, що HDAC6 розп?зна? карбоксильний к?нцевий ? б?чний ланцюг вал?ну ? може переносити модиф?кац?ю ам?нок?нцевого ланцюга. Кр?м того, у нокаутних кл?тинах HDAC6 регуляц?я сигнального шляху mTOR за допомогою обмеження вал?ну сутт?во не в?др?знялася в?д тако? в контрольн?й груп?, що св?дчить про те, що це зв’язування в?др?знялося в?д традиц?йного сигнального шляху визначення ам?нокислот.

Для того, щоб досл?дити важливу область ? функц?ю HDAC6 для визначення вал?ну. Дал? автори визначили, що HDAC6 зв’язу? вал?н через св?й домен SE14 за допомогою експерименту з? зв’язуванням усеченого т?ла HDAC6. Дивно, але шляхом пор?вняння гомолог?? автори виявили, що домен SE14 присутн?й лише в HDAC6 у примат?в. На в?дм?ну в?д HDAC6 примат?в (людини та мавпи), HDAC6 миш? не зв’язу?ться з вал?ном. Це в?дкриття показу? в?дм?нност? м?ж р?зними видами в ?ндукц?? вал?ну, припускаючи, що еволюц?я вид?в в?д?гра? важливу роль в ?ндукц?? ам?нокислот.

На п?дстав? висновку про те, що HDAC6 безпосередньо зв’язу? вал?н через св?й домен SE14, автори припустили, що зм?ни в сил? зв’язування HDAC6 ? вал?ну можуть впливати на його структуру та функц?ю, коли зм?ню?ться к?льк?сть вал?ну в кл?тинах. Завдяки сер?? експеримент?в ? в по?днанн? з л?тературою про важливу роль домену SE14 у цитоплазматичному утриманн? HDAC6 автори виявили, що внутр?шньокл?тинний деф?цит вал?ну може ?ндукувати транслокац?ю HDAC6 до ядра. Активна область ферменту (DAC1 ? DAC2) зв’язу?ться з активною областю (CD-доменом) ДНК-г?дроксиметилази TET2, сприяючи деацетилюванню TET2, а пот?м активуючи його ферментну активн?сть. Використовуючи методи метилом?ки, так? як WGBS, ACE-Seq ? MAB-Seq, ми додатково п?дтвердили, що внутр?шньокл?тинне голодування вал?ну може сприяти активному деметилюванню ДНК через сигнальну в?сь HDAC6-TET2. Ран?ше команда Андре Нуссенцвейга виявила, що залежне в?д тим?н-ДНК-гл?козилази (TDG) активне деметилювання ДНК призводило до одноланцюгового пошкодження ДНК на нейрональному енхансер?. По?днавши TET2 ChIP-Seq з високопродуктивною технолог??ю секвенування END-Seq ? ddC S1 END-Seq, ми визначили, що деф?цит вал?ну сприя? пошкодженню ДНК. Пошкодження ДНК, викликане деф?цитом вал?ну, також залежить в?д одноланцюгового пошкодження, викликаного видаленням TDG оксиметилцитозину (5fC/5caC).

Разом автори в?дкрили нов? датчики вал?ну та вперше з’ясували молекулярний механ?зм, за допомогою якого вал?н обмежу? ?ндукц?ю пошкодження ДНК через сигнальну в?сь HDAC6-TET2-TDG, додаючи новий вим?р до розум?ння функц?? ам?нокислотного стресу у визначенн? кл?тинно? дол?.

Д??тичне обмеження або нац?лювання на метабол?зм ам?нокислот ? в?дчуття стали додатковою стратег??ю продовження життя та л?кування багатьох захворювань, включаючи рак. Враховуючи, що деф?цит вал?ну може спричинити пошкодження ДНК, автори додатково досл?дили, чи в?д?гра? обмеження вал?ну роль у л?куванн? раку. У модел? пухлини ксенотрансплантата колоректального раку в?дпов?дна д??та з обмеженим вм?стом вал?ну (0,41% вал?ну, мас./мас.) значно пригн?чувала р?ст пухлини з меншою к?льк?стю поб?чних ефект?в. Як у групах проф?лактики, так ? в груп? л?кування автори також продемонстрували, що д??та з обмеженим вм?стом вал?ну пригн?чу? пухлиноутворення та прогресування, використовуючи модель колоректального раку PDX. У зразках пухлини зниження р?вня вал?ну позитивно корелювало з? зб?льшенням ядерних транслокац?й HDAC6, р?внями 5hmC ? пошкодженням ДНК. Оск?льки ?ндукц?я пошкодження ДНК ? протираковою терап??ю, кл?н?чно можливо блокувати в?дновлення ДНК за допомогою ?нг?б?тор?в PARP. Автори виявили, що по?днання д??ти з обмеженням вал?ну та ?нг?б?тору PARP талазопарибу значно посилило протипухлинний ефект, надаючи вагом? докази для л?кування раку шляхом ?ндукц?? пошкодження ДНК.

На завершення досл?дження показало, що HDAC6 у примат?в ? новим б?лком, що сприйма? вал?н, незалежним в?д традиц?йних сенсор?в, виявляючи в?дм?нност? у сприйнятт? вал?ну м?ж р?зними видами, що вказу? на важливу роль б?олог?чно? еволюц?? у сприйнятт? ам?нокислот.

Кр?м того, це досл?дження з’ясову? новий механ?зм ?нтерактивно? регуляц?? харчового метабол?чного стресу, еп?генетично? регуляц?? та пошкодження ДНК, розширю? важлив?сть харчового метабол?чного стресу в б?олог?? стресу та виявля?, що комб?нац?я д??ти з обмеженням вал?ну та ?нг?б?тор?в PARP може бути використана як нова стратег?я л?кування раку.