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工作動(dòng)態(tài)
蛋白質(zhì)翻譯后修飾通過(guò)在一個(gè)或者幾個(gè)氨基酸殘基上加上化學(xué)修飾基團(tuán)而改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，參與蛋白質(zhì)的活性狀態(tài)、定位、折疊以及蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)間相互作用。賴氨酸甲基化是常見(jiàn)的蛋白質(zhì)翻譯后修飾類(lèi)型之一，其調(diào)控機(jī)制復(fù)雜，在生命調(diào)控過(guò)程中地位重要，尤其在真核生物中的組蛋白上發(fā)生的甲基化修飾，對(duì)異染色質(zhì)形成、基因印記和轉(zhuǎn)錄過(guò)程有著重要的調(diào)控作用。目前在真核生物中已報(bào)道了多種能夠催化關(guān)鍵細(xì)胞因子發(fā)生賴氨酸甲基化的修飾酶，并對(duì)各種關(guān)鍵通路進(jìn)行精確的調(diào)節(jié)。但是，對(duì)原核生物中的賴氨酸甲基化修飾的功能卻知之甚少，特別是在藍(lán)細(xì)菌中，賴氨酸單甲基化修飾和甲基轉(zhuǎn)移酶是否存在？這些甲基化修飾與轉(zhuǎn)移酶具有怎樣的功能？目前都是未知。
中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所水生生物蛋白質(zhì)組學(xué)課題組首先證實(shí)賴氨酸單甲基化修飾在藻類(lèi)和植物中普遍存在，通過(guò)發(fā)展賴氨酸單甲基化蛋白質(zhì)丙?；揎椉夹g(shù)，結(jié)合修飾肽段富集與質(zhì)譜鑒定等方法，實(shí)現(xiàn)了模式藍(lán)細(xì)菌集胞藻PCC6803賴氨酸單甲基化修飾蛋白的系統(tǒng)性鑒定。本研究共鑒定到376個(gè)賴氨酸單甲基化位點(diǎn)，分布于270個(gè)蛋白質(zhì)中；這些修飾蛋白在光合作用以及能量代謝通路中廣泛分布，提示了賴氨酸單甲基化修飾在光合系統(tǒng)以及能量代謝等生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用（圖1）。
圖1、賴氨酸單甲基化修飾在光合生物中普遍存在并參與藍(lán)細(xì)菌光合作用與代謝過(guò)程
該研究通過(guò)蛋白序列保守性和結(jié)構(gòu)域分析發(fā)現(xiàn)，集胞藻PCC6803中的CpcM蛋白具有保守的甲基轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域，深入的功能實(shí)驗(yàn)證實(shí)，該酶具有催化賴氨酸甲基化的能力；同時(shí)，cpcM基因敲除后，藍(lán)細(xì)菌中賴氨酸甲基化修飾水平顯著降低。為了鑒定CpcM的作用靶標(biāo)，研究團(tuán)隊(duì)利用高通量質(zhì)譜技術(shù)，鑒定到CpcM蛋白酶的多個(gè)靶標(biāo)底物蛋白（圖2）。
圖2、藍(lán)細(xì)菌中賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶CpcM的鑒定
進(jìn)一步酶活性測(cè)定實(shí)驗(yàn)表明，CpcM能夠改變靶標(biāo)底物Sll0480（天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶）的賴氨酸甲基化狀態(tài)從而影響Sll0480的轉(zhuǎn)氨酶活性（圖3）。
圖3、CpcM調(diào)控底物蛋白甲基化修飾狀態(tài)，影響底物蛋白酶的活性
此外，該研究還發(fā)現(xiàn)，cpcM基因敲除后將導(dǎo)致藍(lán)細(xì)菌光合作用過(guò)程中的能量與電子傳遞受到顯著影響，表明CpcM蛋白通過(guò)調(diào)控重要底物蛋白的甲基化修飾狀態(tài)影響藍(lán)細(xì)菌的能量代謝等過(guò)程。該研究報(bào)道了光合生物中首個(gè)賴氨酸單甲基化修飾蛋白組數(shù)據(jù)，為光合生物中賴氨酸甲基化研究提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。該研究還首次發(fā)現(xiàn)并揭示了藍(lán)細(xì)菌中賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶的功能與作用機(jī)制，為研究賴氨酸甲基化修飾在光合生物中的功能提供新的研究思路。
研究成果“Characterization of Lysine Monomethylome and Methyltransferase in Model Cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803”在線發(fā)表在Genomics, Proteomics & Bioinformatics雜志，水生所博士生林小煌（現(xiàn)為福建醫(yī)科大學(xué)講師）和高級(jí)實(shí)驗(yàn)師楊明坤為該論文的共同第一作者，水生所葛峰研究員為通訊作者。該研究得到自然科學(xué)基金和中科院關(guān)鍵技術(shù)人才項(xiàng)目的資助。
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1672022918302249