HDACs Descobertos como Arquitetos Inesperados de uma Marca Proteica Metabólica Fundamental

A acilação de proteínas — a ligação covalente de pequenas cadeias de carbono a resíduos de lisina — é um importante mecanismo regulatório que conecta o metabolismo celular à expressão gênica e à função proteica. A lactilação de lisina (Kla), na qual o lactato forma uma ligação amida com a lisina, foi descrita pela primeira vez em 2019 e, desde então, foi detectada em histonas e em centenas de proteínas não-histônicas em diversos tipos celulares. Embora inicialmente tenha sido proposto um mecanismo dependente de lactil-CoA, análogo à acetilação, o lactil-CoA é muito menos abundante que o acetil-CoA nas células, deixando em aberto o mecanismo predominante de formação da Kla.

Com base em sua descoberta anterior de que as HDACs de classe I podem executar sua reação de desacilação canônica em sentido inverso para catalisar a β-hidroxibutirilação de lisina, os autores levantaram a hipótese de que as HDACs poderiam, de forma semelhante, promover a formação de Kla. Em um sistema de reconstituição livre de células, HDAC1, HDAC2 e HDAC3 recombinantes catalisaram individualmente a Kla na histona H3 na presença de L-lactato, e essa atividade foi abolida pelo inibidor do sítio ativo pan-HDAC tricostatin A (TSA). A análise por LC-MS/MS confirmou a lactilação em múltiplos resíduos de lisina da H3, incluindo K9, K14, K18, K23, K27, K36, K37, K56, K79 e K122. A análise cinética com um peptídeo fluorogênico resultou em um kcat de 0,82 min⁻¹ e Km de ~49 μM, confirmando que a reação é bioquimicamente viável em concentrações fisiológicas de lactato (0,5–20 mM). Mutações pontuais no sítio ativo da HDAC2 (H141A, H179A, Y304F) reduziram a atividade de lactilação proporcionalmente ao seu efeito sobre a desacetilação, estabelecendo que a mesma maquinaria catalítica impulsiona ambas as reações.

Em células HEK293T vivas, o tratamento com quatro inibidores de HDAC estruturalmente distintos (butirato, TSA, SAHA, MS-275) reduziu amplamente os níveis globais de Kla, ao mesmo tempo que aumentou a acetilação de lisina, conforme esperado. De forma crucial, o tratamento com HDACi não alterou as concentrações intracelulares de lactato nem de lactil-CoA, descartando efeitos metabólicos indiretos. O silenciamento mediado por siRNA de HDAC1, HDAC2 ou HDAC3 individualmente reduziu a Kla em ~50% cada, e o silenciamento triplo produziu a supressão mais intensa, indicando redundância funcional entre os três parálogos. Os autores também geraram células HEK293T com duplo nocaute de LDH-A/B, que apresentaram uma perda marcante da Kla global — revertida pela suplementação exógena de L-lactato —, confirmando que o lactato derivado da glicólise é o principal substrato. As proteínas modificadas por Kla foram mais abundantes nas frações nuclear e de cromatina, condizente com a distribuição subcelular conhecida das HDACs 1, 2 e 3.

Um experimento de diálise demonstrou de forma elegante a reversibilidade do processo: quando o lactato foi removido do tampão de reação, a HDAC2 removeu o grupo lactil da H3; quando lactato em concentração igual ou superior foi mantido, os níveis de Kla foram preservados ou aumentados. Esse controle bidirecional — acilação em altas concentrações de lactato e desacilação em baixas concentrações — fornece um mecanismo molecular direto pelo qual as células poderiam detectar e codificar o estado metabólico no epigenoma. Os autores também confirmaram que as HDACs podem utilizar ambos os estereoisômeros do lactato, L- e D-, distinguindo esse mecanismo da via p300/CBP, que apresenta restrição estereoquímica.

Esses achados reposicionam as HDACs de classe I como sensores metabólicos que escrevem, e não apenas apagam, marcas acil em proteínas. Além disso, sugerem que os inibidores de HDAC — uma classe de medicamentos aprovados para câncer e transtornos psiquiátricos — podem exercer parte de seus efeitos biológicos por meio da alteração dos níveis de Kla, acrescentando uma camada até então não reconhecida ao seu mecanismo de ação, com potenciais implicações para a inflamação, o envelhecimento e as doenças metabólicas.