YiaC и CobB регулируют лактилирование лизина в Escherichia coli.

Jun 18, 2023

Nature Communications, том 13, номер статьи: 6628 (2022) Цитировать эту статью

3484 Доступа

3 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Недавно сообщалось, что лактилирование лизина (Kla) участвует в регуляции транскрипции в клетках человека. Однако характеристика, регуляторный механизм и функциональные последствия Kla у прокариот остаются неясными. Здесь мы сообщаем, что YiaC действует как лизинлактилаза, а CobB служит лизинделактилазой в регуляции метаболизма. Мы демонстрируем, что YiaC катализирует добавление Kla, тогда как CobB стирает этот PTM как in vitro, так и внутриклеточно. Более того, мы показываем, что YdiF может катализировать образование лактил-кофермента А, который отдает лактильную группу для Kla. Количественный протеомный анализ дополнительно выявил 446 эндогенных сайтов Kla, на которые нацелен CobB, и 79 кандидатов, на которые нацелен YiaC, в Escherichia coli (E. coli). Кроме того, мы представляем, что Kla может влиять на функции метаболических ферментов. Интересно, что мы продемонстрировали, что CobB может специфически модулировать активность PykF, регулируя K382la, способствуя гликолизу и росту бактерий. Наше исследование идентифицирует регуляторные ферменты и функциональную сеть Kla и выявляет Kla-опосредованный молекулярный механизм, катализируемый CobB, для регуляции гликолиза в E. coli.

Посттрансляционная модификация (ПТМ) является ключевым элементом регуляции функций белков и играет жизненно важную роль в модуляции разнообразных клеточных функций и прогрессировании заболеваний у эукариот1,2. Более того, все больше данных указывает на то, что PTM также выполняют важную функцию у прокариот. Например, ацетилирование лизина (Kac) регулирует вирулентность бактерий3, хемотаксис4 и стабильность белков5,6. Недавно мы обнаружили, что лизин-2-гидроксиизобутирилирование (Khib) участвует в регуляции бактериального метаболизма, транскрипции и устойчивости к антибиотикам7,8,9,10. Однако понимание функции и механизма регуляции ПТМ у прокариот остается ограниченным.

Недавно сообщалось о лактилировании лизина (Kla) как о недавно выявленном типе PTM на гистонах человека, регулирующем поляризацию и состояния макрофагов11,12,13,14. Дальнейшие исследования показали, что Kla на гистонах может влиять на клеточное метаболическое перепрограммирование во время дифференцировки плюрипотентных стволовых клеток и при немелкоклеточном раке легких15,16, может стимулировать онкогенез и связан с нервным возбуждением17,18 посредством регуляции транскрипции генов. Кроме того, было показано, что Kla на негистоновом белке HMGB1 способствует высвобождению экзосом при полимикробном сепсисе19. По имеющимся данным, Kla обнаружен у эукариот, включая человека, мышей, рис и Botrytis cinerea11,18,20,21. Однако остается неясным, существует ли Kla у прокариот и какую роль могут играть эти неоткрытые модификации Kla.

Считается, что динамические изменения ПТМ во времени и пространстве являются важными биологическими событиями, модулирующими функцию белка в различных клеточных процессах. Обратимые ПТМ обычно регулируются двумя типами ферментов, которые специфически добавляют или удаляют ПТМ. Например, широко сообщалось, что лизин-ацетилтрансферазы (KAT) и лизин-деацетилазы (KDAC) катализируют различные виды ацилирования или деацилирования1,22,23,24. Для Kla P300 действует как потенциальная лактилаза, а деацетилазы гистонов класса I (HDAC1–3) служат делактилазами11,25. Однако ферменты, регулирующие Kla у прокариот, до сих пор неизвестны.

Здесь мы профилировали протеом Kla в Escherichia coli (E. coli) MG1655, идентифицировали «писатель» и «ластик» для Kla и проиллюстрировали Kla-опосредованное влияние на бактериальный гликолиз и рост. Мы идентифицировали YiaC как лактилазу, а CobB как делактилазу путем скрининга штаммов со сверхэкспрессируемыми белками семейства N-ацетилтрансфераз (GNAT), родственными GCN5, и CobB. Кроме того, мы обнаружили, что YiaC и CobB могут катализировать добавление и удаление лактилирования лизина соответственно как in vitro, так и внутриклеточно. Затем, применив метод количественной протеомики, основанный на мечении стабильных изотопов аминокислотами в культуре клеток (SILAC), мы идентифицировали 79 эндогенных сайтов Kla, потенциально регулируемых YiaC, и 446 кандидатов Kla, на которые нацелен CobB. Мы идентифицировали в общей сложности 1047 сайтов Kla на 478 белках E. coli MG1655 и показали, что лактилированные белки в основном связаны с метаболизмом. Мы также продемонстрировали, что CobB может стирать PykF K382la, усиливая гликолиз и способствуя росту E. coli. Таким образом, это исследование идентифицирует систему регуляторных ферментов Kla в бактериях, описывает профили эндогенных белков-субстратов Kla и иллюстрирует молекулярный механизм Kla-опосредованной регуляции гликолиза.