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Kla調(diào)控酶及調(diào)節(jié)細菌代謝分子機制獲揭示
作者：張鍇等 來源：《自然—通訊》
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天津醫(yī)科大學教授張鍇課題組與汕頭大學醫(yī)學院教授許麗艷課題組合作，研究揭示了蛋白質(zhì)賴氨酸乳酸化（lysine lactylation，Kla）的調(diào)控酶及調(diào)節(jié)細菌代謝的分子機制。相關(guān)研究11月4日在線發(fā)表于《自然—通訊》（Nature Communications）。
該研究報道了原核細胞Kla的組學特征和調(diào)控系統(tǒng)，鑒定了YiaC是乳酸化轉(zhuǎn)移酶，CobB是去乳酸化酶，以及調(diào)控大腸桿菌Kla的分子網(wǎng)絡(luò)，并揭示了CobB介導丙酮酸激酶PykF的K382la，調(diào)節(jié)細菌代謝和生長的分子機制。
翻譯后修飾可調(diào)控蛋白質(zhì)功能，在真核和原核細胞中都具有重要的生物學意義。Kla是近年來在真核細胞中報道的一種新型翻譯后修飾，參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控。然而，Kla在原核細胞中的存在規(guī)律、功能和調(diào)控機制尚不清楚。
在該項工作中，研究人員首先通過系統(tǒng)篩選，發(fā)現(xiàn)了YiaC可引起大腸桿菌Kla水平明顯升高。同時，采用生化實驗和質(zhì)譜檢測，發(fā)現(xiàn)了YdiF在大腸桿菌中作為轉(zhuǎn)移酶能夠催化乳酰輔酶（La-CoA）的生成，而La-CoA可作為Kla發(fā)生的供體。并通過細胞內(nèi)實驗和體外實驗，進一步證實了YiaC對Kla的催化活性和特征，也證實了CobB對Kla的去修飾活性，從而揭示了原核細胞Kla的調(diào)控系統(tǒng)。
在此基礎(chǔ)上，研究人員采用基于質(zhì)譜的定量蛋白質(zhì)組學技術(shù)，探究YiaC和CobB調(diào)控Kla的內(nèi)源性底物分子網(wǎng)絡(luò)，鑒定了79個和446個Kla位點分別受YiaC和CobB顯著調(diào)控。生物信息學分析顯示，這兩種酶調(diào)控的底物蛋白很多參與細胞代謝。生化實驗表明，Kla能夠改變其底物代謝酶活性，特別是CobB通過調(diào)控糖酵解過程中的關(guān)鍵限速酶PykF（丙酮酸激酶）的Kla，可以影響代謝。
接下來，研究人員借助微生物學，分子生物學實驗及分子動力學模擬等多種手段，揭示了CobB通過去除PykF的K382la，增強了PykF的酶活性，從而促進了糖酵解，進而影響了大腸桿菌的生長狀態(tài)。
該工作發(fā)現(xiàn)了YiaC是賴氨酸乳酸化轉(zhuǎn)移酶，CobB是去乳酸化酶；鑒定了原核細胞Kla的組學特征，闡明了YiaC和CobB調(diào)控的Kla分子網(wǎng)絡(luò)；揭示了CobB介導PykF的K382la，調(diào)控代謝酶活性，從而影響了細菌生長的分子機制。
該研究為原核細胞蛋白質(zhì)乳酸化功能和調(diào)控機制研究提供了新的視角。（來源：中國科學報 朱漢斌）
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-022-34399-y