深圳先進(jìn)院在蛋白質(zhì)翻譯后修飾互作領(lǐng)域取得新進(jìn)展
近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院趙國(guó)屏院士團(tuán)隊(duì)在蛋白質(zhì)組學(xué)權(quán)威雜志MOLECULAR & CELLULAR PROTEOMICS發(fā)表了題為Global insights into lysine acylomes reveal crosstalk between lysine acetylation and succinylation in Streptomyces coelicolor metabolic pathways的研究論文，系統(tǒng)性解析了天藍(lán)色鏈霉菌中賴氨酸乙酰化和琥珀酰化的互作現(xiàn)象。通過(guò)分別研究基因組中潛在的去乙酰化酶ScCobB1和去琥珀酰化酶ScCobB2，并進(jìn)行細(xì)胞全組學(xué)蛋白翻譯后修飾定量比較，該工作揭示了兩種酰基化修飾對(duì)賴氨酸位點(diǎn)全局性的競(jìng)爭(zhēng)性關(guān)系，并協(xié)同調(diào)控了多個(gè)重要的細(xì)胞代謝通路。
深圳先進(jìn)院趙維副研究員為本文的通訊作者，趙國(guó)屏研究員和復(fù)旦大學(xué)中山醫(yī)院李鵬博士為本文共同通訊作者。該項(xiàng)研究成果是繼深圳先進(jìn)院研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)特異性的去琥珀酰化酶ScCobB2（Mol Cell Proteomics，2019）和提出乙酰化調(diào)控染色體分離起始模型（Nucleic Acids Research，2020）工作后的又一重要研究進(jìn)展。這些研究結(jié)果表明，細(xì)菌中的酰基化修飾具有多樣性、動(dòng)態(tài)性和協(xié)調(diào)性，對(duì)細(xì)胞的中心代謝、蛋白質(zhì)合成、以及染色體分離等進(jìn)程起到了重要的調(diào)控作用，對(duì)細(xì)菌的生理生化研究具有重要意義。
研究團(tuán)隊(duì)首先從天藍(lán)色鏈霉菌中賴氨酸乙酰化修飾出發(fā)，通過(guò)對(duì)不同時(shí)間點(diǎn)的天藍(lán)色鏈霉菌全蛋白乙酰化修飾程度進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其乙酰化修飾不僅分布廣泛，并且其程度整體上隨著細(xì)菌的生長(zhǎng)而降低。針對(duì)這一結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)處于生長(zhǎng)對(duì)數(shù)中期的天藍(lán)色鏈霉菌進(jìn)行了全蛋白乙酰化修飾組學(xué)高精度質(zhì)譜分析。從GO注釋、KEGG通路分析等來(lái)看，乙酰化修飾廣泛參與了天藍(lán)色鏈霉菌蛋白質(zhì)翻譯和細(xì)胞代謝相關(guān)蛋白的調(diào)控，并可能幫助菌體適應(yīng)變化的土壤環(huán)境。
通過(guò)比較分析蛋白質(zhì)乙酰化和琥珀酰化的保守序列，研究團(tuán)隊(duì)確定在天藍(lán)色鏈霉菌中乙酰化與琥珀酰化的修飾偏好性是不一樣的。但同時(shí)，乙酰化與琥珀酰化修飾經(jīng)常出現(xiàn)在同一蛋白的不同賴氨酸位點(diǎn)上，而且在中心代謝通路的某些蛋白位點(diǎn)上也發(fā)現(xiàn)有隨機(jī)的兩種不同修飾。這說(shuō)明乙酰化和琥珀酰化修飾可能在細(xì)胞內(nèi)存在相互協(xié)調(diào)的作用關(guān)系。為了證明這一點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)采用高精度定量質(zhì)譜方法，分析比較了天藍(lán)色鏈霉菌去乙酰化酶ScCobB1和去琥珀酰化酶ScCobB2敲除后的乙酰化/琥珀酰化修飾組學(xué)。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)乙酰化和琥珀酰化在天藍(lán)色鏈霉菌中有著廣泛的互作，并且在針對(duì)同一賴氨酸位點(diǎn)修飾時(shí)可能存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。這兩種蛋白翻譯后修飾互作集中在蛋白質(zhì)生物合成和碳代謝通路中。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)體外表達(dá)去酰基化酶，采用HPL的方法對(duì)多個(gè)蛋白位點(diǎn)再次驗(yàn)證了翻譯后修飾的互作協(xié)調(diào)現(xiàn)象。
總的來(lái)說(shuō)，該研究通過(guò)體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證明了天藍(lán)色鏈霉菌中乙酰化和琥珀酰化廣泛的互作。該研究結(jié)果支持兩種PTMs靶向不同賴氨酸殘基的觀點(diǎn)，也提出了可能的針對(duì)同一賴氨酸位點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)修飾關(guān)系。該工作證明了去酰基化酶在其中的調(diào)控作用，也為后續(xù)天藍(lán)色鏈霉菌乙酰化和琥珀酰化研究提供了諸多靶點(diǎn)。
中國(guó)科學(xué)院分子植物卓越創(chuàng)新中心博士生楊玉蛟為論文第一作者，馬里蘭大學(xué)張宏博士為文章共同一作。相關(guān)工作得到了深圳合成生物學(xué)創(chuàng)新研究院、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金和中國(guó)博士后科學(xué)基金的經(jīng)費(fèi)支持。
兩種典型的賴氨酸蛋白翻譯后修飾：乙酰化和琥珀酰化
該研究的技術(shù)路線
天藍(lán)色鏈霉菌中乙酰化&琥珀酰化互作結(jié)果
