Las HDACs Descubiertas como Arquitectas Inesperadas de una Marca Clave en Proteínas Metabólicas

La acilación de proteínas —la unión covalente de pequeñas cadenas de carbono a residuos de lisina— es un mecanismo regulador fundamental que vincula el metabolismo celular con la expresión génica y la función proteica. La lactilación de lisina (Kla), en la que el lactato forma un enlace amida con la lisina, se describió por primera vez en 2019 y desde entonces ha sido detectada en histonas y en cientos de proteínas no histónicas en diversos tipos celulares. Aunque inicialmente se propuso un mecanismo dependiente de lactil-CoA análogo al de la acetilación, el lactil-CoA es mucho menos abundante que el acetil-CoA en las células, lo que deja sin resolver el mecanismo dominante de formación de Kla.

Partiendo de su descubrimiento previo de que las HDACs de clase I pueden ejecutar su reacción de desacilación canónica en sentido inverso para catalizar la β-hidroxibutirilación de lisina, los autores plantearon la hipótesis de que las HDACs podrían impulsar de manera similar la formación de Kla. En un sistema de reconstitución libre de células, HDAC1, HDAC2 y HDAC3 recombinantes catalizaron cada una la Kla en la histona H3 en presencia de L-lactato, y esta actividad fue abolida por el inhibidor del sitio activo pan-HDAC trichostatina A (TSA). La LC-MS/MS confirmó la lactilación en múltiples residuos de lisina de H3, incluyendo K9, K14, K18, K23, K27, K36, K37, K56, K79 y K122. El análisis cinético mediante un péptido fluorogénico arrojó una kcat de 0,82 min⁻¹ y una Km de ~49 μM, lo que confirma que la reacción es bioquímicamente factible a concentraciones fisiológicas de lactato (0,5–20 mM). Las mutaciones puntuales en el sitio activo de HDAC2 (H141A, H179A, Y304F) redujeron la actividad de lactilación de forma proporcional a su efecto sobre la desacetilación, lo que demuestra que la misma maquinaria catalítica impulsa ambas reacciones.

En células HEK293T vivas, el tratamiento con cuatro inhibidores de HDAC estructuralmente distintos (butirato, TSA, SAHA, MS-275) redujo ampliamente los niveles globales de Kla al tiempo que aumentaba la acetilación de lisina, como era de esperar. De manera crucial, el tratamiento con HDACi no alteró las concentraciones intracelulares de lactato ni de lactil-CoA, descartando efectos metabólicos indirectos. El silenciamiento mediado por siRNA de HDAC1, HDAC2 o HDAC3 de forma individual redujo la Kla en ~50% en cada caso, y el silenciamiento triple produjo la supresión más intensa, lo que indica redundancia funcional entre los tres parálogos. Los autores también generaron células HEK293T con doble knockout de LDH-A/B, las cuales mostraron una pérdida marcada de la Kla global que fue rescatada mediante la suplementación con L-lactato exógeno, confirmando así que el lactato derivado de la glucólisis es el sustrato principal. Las proteínas modificadas con Kla fueron más abundantes en las fracciones nucleares y de cromatina, en concordancia con la distribución subcelular conocida de las HDACs 1, 2 y 3.

Un experimento de diálisis demostró de forma elegante la reversibilidad del proceso: cuando se eliminó el lactato del tampón de reacción, HDAC2 removió el grupo lactilo de H3; cuando se mantuvo una concentración igual o superior de lactato, los niveles de Kla se preservaron o aumentaron. Este control bidireccional —acilación con lactato elevado, desacilación con lactato bajo— proporciona un mecanismo molecular directo mediante el cual las células podrían detectar y codificar el estado metabólico en el epigenoma. Los autores también confirmaron que las HDACs pueden utilizar ambos estereoisómeros del lactato, L y D, lo que distingue este mecanismo de la vía p300/CBP, restringida estereoquímicamente.

Estos hallazgos reencuadran a las HDACs de clase I como sensores metabólicos que escriben, y no solo borran, marcas de acilo en las proteínas. Asimismo, sugieren que los inhibidores de HDAC —una clase de fármacos aprobados para el cáncer y trastornos psiquiátricos— podrían ejercer algunos de sus efectos biológicos mediante la alteración de los niveles de Kla, añadiendo una capa hasta ahora no reconocida a su mecanismo de acción, con posibles implicaciones para la inflamación, el envejecimiento y las enfermedades metabólicas.