代谢酶的乙酰化蛋白组学和鸟氨酸氨甲酰转移酶的乙酰化调控的研究

摘要

蛋白质的赖氨酸的乙酰化修饰已经被认为是一个关键的翻译后修饰而被广泛的研究。此前的大量乙酰化修饰的研究都集中在组蛋白和核内转录因子身上,并且乙酰化修饰在转录、转录后、翻译、翻译后的各个调控起着根本的作用。许多转录激活子或抑制子在调控目的基因表达的时候,都有乙酰基转移酶和去乙酰基转移酶参与其中。
　　 本论文的第一部分就目前集中的非组蛋白乙酰化修饰的研究进行了小结。乙酰化修饰需要乙酰基转移酶和去乙酰基转移酶,他们和其它的因子共同形成了大的复合体对蛋白质的乙酰化进行修饰,进而调控了细胞的繁殖和分化的过程。随着越来越多非组蛋白乙酰化修饰的发现,表明可逆的乙酰化修饰影响着mRNA稳定、蛋白质的定位、相互作用、降解等诸多功能。这些乙酰化修饰的非组蛋白本身参与了肿瘤的发生、癌细胞的扩增、细胞的衰老凋亡和免疫反应等过程,因而,去乙酰基转移酶抑制剂可以被当作癌症等多种人类疾病的治疗的药物而被研究。
　　 第二部分,我们运用质谱的方法,以人肝组织为样品,鉴定细胞内的乙酰化蛋白质组。共鉴定到978个乙酰化修饰蛋白质,远多过文献报道的344个(包括实验证实的和Kim等文章中质谱鉴定的),其中鉴定到1166个乙酰化肽段,其中只有161个乙酰化肽段被文献报道过。经过生物信息学分析,首次发现几乎所有代谢通路中的酶都被乙酰化修饰,这些主要的代谢通路包括糖酵解通路,糖异生通路,三羧酸循环通路,尿素循环通路,脂肪酸代谢通路和糖原代谢通路。
　　 第三部分,我们选取了鉴定的乙酰化修饰蛋白组中的一个代谢酶进行了深入的乙酰化修饰调控的研究。鸟氨酸氨甲酰转移酶(OTC),是尿素循环通路中一个关键的代谢酶,而尿素循环是细胞中重要的排氨途径。OTC缺陷症是一个X染色体连锁的遗传疾病,发生在婴幼儿就有致命的危险,发生在成人会导致高氨血症和食欲减退等。我们首次通过质谱和实验鉴定了OTC的赖氨酸88位是被乙酰化修饰的,而且在0TCD病人中也发现了赖氨酸88位点突变。这些都提示了在赖氨酸88位的乙酰化修饰可能对0TC的活性产生重要作用。在本部分研究中,我们首次发现了OTC的乙酰化修饰,而且赖氨酸88位的乙酰化修饰抑制了0TC的活性,生化研究表明OTC的赖氨酸88位乙酰化修饰是通过降低底物氨甲酰磷酸的亲和力而降低酶活的。进一步研究我们发现,赖氨酸88位点乙酰化状态受到细胞内的代谢状态的调节,进而我们首次发现了OTC的去乙酰基转移酶是SIRT3,通过实验证实了SIRT3和OTC结合,对OTC的K88位置进行去乙酰化作用,而降低SIRT3表达则提高了OTC的乙酰化水平。这些发现都提供了一条新的通过乙酰化修饰调节代谢酶的活性来调控细胞内的信号通路。
　　 我们的质谱首次大规模全面的鉴定了细胞内的主要代谢通路中几乎所有的酶都被乙酰化修饰。我们在后续的功能性实验中也证实了每个代谢通路中的若干个代表性的酶被乙酰化修饰,并通过乙酰化修饰对不同的酶的不同的调节作用,来影响整个细胞内的能量代谢。这些质谱数据就为后面的功能性验证提供了方向和范围,并且通过生物信息学分析得知乙酰化和主要代谢通路紧密联系的关系,乙酰化修饰在细胞应对不同能量状况时候,对不同代谢途径中的酶有着协调调控的作用。乙酰化修饰可以在不同的代谢途径中对于外界不同的营养环境起着协同调节的作用。在将来的研究中我们将进一步去探究是哪一个乙酰基转移酶和去乙酰基转移酶对这些代谢的酶的乙酰化修饰进行作用,研究乙酰化修饰对这些代谢酶的分子机制的调控,这将有助于我们去了解细胞代谢的生理的调控和相关的疾病中的病理上的变化。