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琥珀酰化修饰组学捷报再传!赵国屏院士团队揭示链霉菌蛋白质合成和碳代谢调控机制

发布时间: 2019-08-05
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2019年7月23日,蛋白质组学top期刊Mol Cell Proteomics发表了中国科学院上海生物科学研究所植物生理与生态研究所赵国屏院士、赵维研究团队琥珀酰化修饰组学的文章,研究揭示了ScCobB2介导的链霉菌蛋白质合成和碳代谢调控机制。在本文的土壤链霉菌模型中,研究人员用生物化学方法将sirtuin样蛋白ScCobB2定义为去琥珀酰化酶。将∆ScCobB2与野生型菌体通过LC-MS/MS分析,结果表明在∆ScCobB2细胞中至少有114个蛋白存在明显的高琥珀酰化修饰调控,涵盖蛋白生物合成和碳代谢两种主要途径。此研究首次在细菌中发现了一种特异性的去琥珀酰化酶,并证明其在S. coelicor的多个生物学过程中具有关键的调控作用,为后续在其他微生物中琥珀酰化调控的研究奠定了基础。景杰生物为该文章的合作单位。


琥珀酰化修饰组学捷报再传!赵国屏院士团队揭示链霉菌蛋白质合成和碳代谢调控机制


蛋白质翻译后修饰(PTM)在细胞进程调控中扮演至关重要的角色,通过改变蛋白质的性质,如结构、稳定性、复杂的形成或酶活性而发挥作用。蛋白质中的20种氨基酸,赖氨酸是最常见的共价修饰的目标之一,可发生诸如泛素化,乙酰化,丙酰化, 丙二酰化, 巴豆酰化等修饰。通过这些修饰,含有赖氨酸的蛋白调控作用被大大拓宽。


作为一个在真核生物中最近发现的蛋白质翻译后修饰,赖氨酸琥珀酰化修饰吸引了越来越多的关注,其功能涉及一些重要的细胞进程包括分解代谢,β-氧化和生酮作用。然而,由于在微生物中没有发现特异性去琥珀酰化酶,因此对其调控机制的研究还处于早期阶段。此研究首次在S. coelicor菌体中发现了一种特异性的去琥珀酰化酶,并证明其在多个生物学过程具有关键的调控作用,琥珀酰化组学分析数据为相关领域研究提供了大量琥珀酰化候选靶点。


琥珀酰化修饰组学捷报再传!赵国屏院士团队揭示链霉菌蛋白质合成和碳代谢调控机制
研究速读


1、ScCobB2是S. coelicor中一种NAD+依赖的去琥珀酰化酶


鉴于在原核生物中发现的sirtuins要少得多,研究人员以人源SIRT5的氨基酸为查询序列,通过同源BLAST的方法识别出两个在S. coelicor中和sirtuin同源的蛋白即ScCobB1和ScCobB2。随后的研究揭示,ScCobB2具有去琥珀酰化酶的功能,不同于ScCobB1的去乙酰化酶功能。


琥珀酰化修饰组学捷报再传!赵国屏院士团队揭示链霉菌蛋白质合成和碳代谢调控机制

ScCobB2是S. coelicor中一种NAD+依赖的去琥珀酰化酶


2、S. coelicor蛋白琥珀酰化修饰组学分析


为了获得S. coelicor蛋白琥珀酰化修饰的详细内容,研究人员用蛋白组学的方法对ΔSccobB2突变菌株与野生型菌株做了琥珀酰化修饰组学分析。GO功能分类揭示S. coelicor菌株中高琥珀酰化蛋白参与多种生物过程,并具有不同的细胞定位。KEGG通路分析指出琥珀酰化蛋白显著富集在以蛋白质生物合成和碳代谢为特征的多种通路中。


琥珀酰化修饰组学捷报再传!赵国屏院士团队揭示链霉菌蛋白质合成和碳代谢调控机制

S. coelicor蛋白琥珀酰化修饰组学分析


3、ScCobB2在蛋白生物合成和细胞代谢中的调控作用


鉴于S. coelicor菌体琥珀酰化肽组成的数据集可能有助于确定琥珀酰化修饰的赖氨酸周围特定氨基酸残基的偏好,研究人员进一步做了motif序列分析。结果表明赖氨酸琥珀酰化的优先序列在不同的生物体中具有保守型,暗示具有类似的动力学或琥珀酰化机制。同时,琥珀酰化修饰蛋白互作网络分析表明高度关联的琥珀酰化蛋白网络的前四个簇是核糖体相关蛋白、糖酵解/糖异生、氨基酰基- tRNA生物合成和氧化磷酸化。最后,研究人员通过Western blot实验证实了ScCobB2在蛋白生物合成和细胞代谢中的调控作用。


琥珀酰化修饰组学捷报再传!赵国屏院士团队揭示链霉菌蛋白质合成和碳代谢调控机制

ScCobB2在蛋白生物合成和细胞代谢中的调控作用


赖氨酸琥珀酰化的重要性日益被认识到,在原核生物和真核生物中已鉴定出数千种琥珀酰化蛋白。然而由于缺乏特异性的去琥珀酰化酶的描述,很少有琥珀酰化蛋白在细菌中被定量。此研究首次在细菌中发现了一种特异性的去琥珀酰化酶,并证明其在S. coelicor的多个生物学过程中具有关键的调控作用,为后续在其他微生物中琥珀酰化调控的研究奠定了基础,再一次证实了蛋白质修饰组学在科研领域研究中的重要意义。


参考文献:

1. Hong Zhang, et al., 2019, ScCobB2-mediated lysine desuccinylation regulates protein biosynthesis and carbon metabolism in Streptomyces coelicolor, Mol Cell Proteomics.



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