YiaC와 CobB는 대장균에서 라이신 락틸화를 조절합니다

Jun 18, 2023

Nature Communications 13권, 기사 번호: 6628(2022) 이 기사 인용

3484 액세스

3 인용

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

라이신 락틸화(Kla)는 최근 인간 세포에서 전사 조절에 참여하는 것으로 보고되었습니다. 그러나 원핵생물에서 Kla의 특성화, 조절 메커니즘 및 기능적 결과는 아직 불분명합니다. 여기에서 우리는 YiaC가 라이신 락틸라제 역할을 하고 CobB가 대사 조절에서 라이신 락틸라제 역할을 한다는 것을 보고합니다. 우리는 YiaC가 Kla의 추가를 촉매하는 반면 CobB는 시험관 내 및 세포 내에서 이 PTM을 삭제한다는 것을 보여줍니다. 또한, 우리는 YdiF가 Kla에 락틸 그룹을 제공하는 락틸-조효소 A의 형성을 촉매할 수 있음을 보여줍니다. 정량적 단백질체학 분석을 통해 대장균(E. coli)에서 CobB가 표적으로 삼는 446개의 내인성 Kla 부위와 YiaC가 표적으로 삼는 79개의 후보가 추가로 밝혀졌습니다. 또한 Kla가 대사 효소의 기능에 영향을 미칠 수 있음을 제시합니다. 흥미롭게도 우리는 CobB가 K382la를 조절하고 해당작용과 박테리아 성장을 촉진함으로써 PykF의 활성을 구체적으로 조절할 수 있음을 보여줍니다. 우리의 연구는 Kla의 조절 효소와 기능적 네트워크를 확인하고 대장균의 해당작용 조절을 위해 CobB에 의해 촉매되는 Kla 매개 분자 메커니즘을 밝힙니다.

번역 후 변형(PTM)은 단백질 기능 조절의 핵심 요소이며 진핵생물의 다양한 세포 기능과 질병 진행을 조절하는 데 중요한 역할을 합니다1,2. 더욱이 PTM이 원핵생물에서도 중요한 기능을 수행한다는 증거가 늘어나고 있습니다. 예를 들어, 라이신 아세틸화(Kac)는 세균 독성3, 화학주성4 및 단백질 안정성5,6을 조절합니다. 우리는 최근 라이신 2-하이드록시이소부티릴화(Khib)가 박테리아 대사, 전사 및 항생제 내성 조절에 관여한다는 사실을 발견했습니다7,8,9,10. 그러나 원핵생물에서 PTM의 기능과 조절 메커니즘에 대한 이해는 여전히 제한적입니다.

라이신 락틸화(Kla)는 최근 대식세포 분극화 및 상태를 조절하기 위해 인간 히스톤에서 새로 확인된 PTM 유형으로 보고되었습니다. 추가 연구에 따르면 히스톤의 Kla는 다능성 줄기 세포의 분화와 비소세포 폐암15,16에서 세포 대사 재프로그래밍에 영향을 미칠 수 있고 종양 발생을 유도할 수 있으며 유전자 전사 조절을 통해 신경 자극17,18과 관련이 있는 것으로 나타났습니다. 또한, 비히스톤 단백질 HMGB1의 Kla는 복합성 패혈증에서 엑소좀 방출을 촉진하는 것으로 나타났습니다19. 데이터에 따르면 Kla는 인간, 생쥐, 쌀 및 Botrytis cinerea11,18,20,21을 포함한 진핵생물에서 보고되었습니다. 그러나 Kla가 원핵생물에 존재하는지, 그리고 발견되지 않은 Kla 변형이 어떤 역할을 하는지는 여전히 불분명합니다.

시간과 공간에 따른 PTM의 역동적인 변화는 다양한 세포 과정에서 단백질 기능을 조절하는 중요한 생물학적 사건으로 여겨집니다. 가역적 PTM은 일반적으로 PTM을 특별히 추가하거나 제거하는 두 가지 유형의 효소에 의해 조절됩니다. 예를 들어, 라이신 아세틸트랜스퍼라제(KAT) 및 라이신 데아세틸라제(KDAC)는 다양한 아실화 또는 탈아실화1,22,23,24를 촉매하는 것으로 광범위하게 보고되었습니다. Kla의 경우 P300은 잠재적인 락틸라아제로 기능하고 클래스 I 히스톤 데아세틸라아제(HDAC1\u20123)는 데락틸라아제 역할을 합니다. 그러나 원핵생물의 Kla 조절 효소는 아직 알려져 있지 않습니다.

여기에서 우리는 대장균(E. coli) MG1655에서 Kla 프로테옴을 프로파일링하고 Kla에 대한 작성기와 지우개를 식별하고 박테리아 해당작용 및 성장에 대한 Kla 매개 효과를 설명했습니다. 우리는 과발현된 GCN5 관련 N-아세틸트랜스퍼라제(GNAT) 계열 단백질과 CobB가 있는 균주를 스크리닝하여 YiaC를 락틸라제로, CobB를 디락틸라제로 식별했습니다. 또한, 우리는 YiaC와 CobB가 각각 시험관 내 및 세포 내에서 라이신 락틸화의 추가 및 제거를 촉매할 수 있음을 밝혔습니다. 다음으로, 세포 배양(SILAC) 기반 정량적 프로테오믹스 접근 방식에서 아미노산에 의한 안정 동위원소 표지를 수행하여 YiaC에 의해 잠재적으로 규제되는 79개의 내인성 Kla 사이트와 CobB가 표적으로 삼는 446개의 Kla 후보를 식별했습니다. 우리는 E. coli MG1655의 478개 단백질에서 총 1047개의 Kla 부위를 확인했으며 락틸화된 단백질이 대부분 대사와 관련이 있음을 보여주었습니다. 우리는 CobB가 PykF K382la를 지워 해당작용을 강화하고 대장균의 성장을 촉진할 수 있음을 추가로 입증했습니다. 요약하면, 이 연구는 박테리아에서 Kla에 대한 조절 효소 시스템을 확인하고, Kla의 내인성 기질 단백질을 프로파일링하며, 해당작용의 Kla 매개 조절의 분자 메커니즘을 설명합니다.

0.001 as Kla sites with a high frequency on the proteins (Supplementary Data 6); thus, a total of 323 Kla sites on 240 proteins were defined as occurring with high frequency (Supplementary Fig. 5c, d). GO analysis showed that these proteins with high frequency Kla are also mostly related to various metabolic pathways (Supplementary Fig. 5e). Notably, further analysis of lactylated proteins in pathways revealed that almost all of the enzymes in glycolysis, tricarboxylic acid cycle (TCA) and fatty acid biosynthesis are lactylated; moreover, most of these enzymes were also identified as candidates for CobB or YiaC regulation (Fig. 4c). It was also shown that CobB has a wider regulatory range than YiaC, and they can jointly regulate the same protein and have their own specific regulatory proteins./p>

이전의: 마이크로리터 다음: 산업용 가스 시장은 2021년부터 2031년까지 연평균 성장률(CAGR) 6.1%로 성장해 1,261억 달러에 이를 것으로 예상됩니다.

문의 보내기

보내다