...細菌蛋白質去乙醯化CobB與原核第二信使c-di-GMP間的雙向調控通路

2021-01-12 上海交通大學新聞網

 

2019年8月17日，生物化學領域知名期刊The EMBO Journal在線發表上海交通大學系統生物學研究院陶生策課題組最新研究成果Interplay between the bacterial protein deacetylase CobB and the second messenger c-di-GMP，該研究揭示了細菌去乙醯化酶CobB和原核第二信使分子c-di-GMP在體內的相互調控關係。該研究分兩個層面：1. 首次發現c-di-GMP與CobB有較強結合併通過結合調控CobB的蛋白質去乙醯化酶活性, 2. 進一步發現c-di-GMP的一個重要合成酶DgcZ的乙醯化可被CobB特異去除，乙醯化的去除可改變DgcZ的活性，從而調控細胞內c-di-GMP的水平。

環二鳥苷酸cyclic di-GMP / c-di-GMP是在細菌中廣泛存在的第二信使分子，於1987年由Moshe Benziman等在醋酸纖維桿菌中首次發現，迄今為止，已經發現了c-di-GMP在細菌運動、生物膜形成、毒力以及轉錄調控等方面發揮重要作用。作為第二信使分子，c-di-GMP可以全局性地調控細菌的生理過程，但是其與能量代謝通路的關係至今仍未知。

CobB是細菌中第一個被發現的蛋白質去乙醯化酶，屬於Sir2家族去乙醯化酶，在原核生物中高度保守。CobB可廣泛地調控細菌的生理功能，如乙醯輔酶A合成、細菌趨化性運動以及DNA解螺旋等。但是，細菌體內調控CobB活性的因子卻極少有報導。

在本研究中，首先，研究人員利用大腸桿菌蛋白質組晶片（包含4016種大腸桿菌所編碼的蛋白質），發現c-di-GMP與CobB具有較強的相互作用。進一步的體內實驗表明，在大腸桿菌中c-di-GMP通過結合抑制CobB的去乙醯化酶活性進而調控CobB-Acs-CoA途徑中乙醯輔酶A的最終合成。通過位點突變實驗，發現c-di-GMP結合在CobB N端的R8，R17以及E21 等3個胺基酸殘基上。通過序列比對發現，這三個位點在原核生物中廣泛保守。緊接著，研究人員選擇沙門氏桿菌的CobB進行驗證，結果顯示c-di-GMP同樣能夠結合併抑制沙門氏桿菌CobB的活性，這些結果表明c-di-GMP對CobB的調控很可能在原核生物中廣泛存在。

其次，本研究還發現大腸桿菌的一個關鍵c-di-GMP合成酶DgcZ在體內能夠被乙醯化，且CobB可通過去除DgcZ K4位點的乙醯化而提高DgcZ的活性，並進而調控胞內c-di-GMP的水平。在分子機制方面，研究人員發現DgcZ K4的乙醯化可導致其多聚和沉澱，而CobB的去乙醯化能夠促進DgcZ蛋白的穩定性。

綜上所述，本研究揭示了細菌去乙醯化酶CobB和第二信使c-di-GMP的相互調控，在體內形成了一個負反饋調節通路，為c-di-GMP研究提供了全新的效應蛋白，也為CobB在體內的調控因子提供新的證據。本研究再次展示了蛋白質晶片在新型功能發現研究方面的高效性和有效性。

本項研究的共同第一作者是上海交通大學博士研究生許釗葳、博士後張海南和清華大學博士研究生張行潤。本研究的合作者包括清華大學李海濤教授，中科院上海藥物所譚敏佳研究員，以及上海交通大學生物醫學工程學院Daniel M. Czajkowsky教授。上海交通大學系統生物醫學研究院陶生策研究員為通訊作者。

本研究得到了十三五國家重點研發計劃蛋白質機器與生命過程調控項目，以及國家自然科學基金等項目的資助。

 

全文連結：https://doi.org/10.15252/embj.2018100948

 

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