賴氨酸乙?；揎検侵匾牡鞍踪|(zhì)翻譯后修飾之一，通常指的是乙酰基團(tuán)從乙酰輔酶A（Acetyl-COA）轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)特定的賴氨酸 -氨基上，形成乙?；馁嚢彼?。賴氨酸乙?；ǔＪ艿劫嚢彼嵋阴＾D(zhuǎn)移酶和去乙?；傅恼{(diào)控，從而改變蛋白的結(jié)構(gòu)與功能，對細(xì)胞代謝、轉(zhuǎn)錄活性、蛋白質(zhì)穩(wěn)定性、信號通路等眾多重要的生理功能進(jìn)行精細(xì)的調(diào)節(jié)與控制。中國科學(xué)院水生生物研究所葛峰研究員和趙進(jìn)東院士團(tuán)隊前期發(fā)現(xiàn)藍(lán)細(xì)菌中很多蛋白都會發(fā)生乙酰化修飾，其中光合系統(tǒng)II蛋白PsbO的乙?；揎椏梢载?fù)調(diào)控光合放氧(Molecular & Cellular Proteomics, 2017, 16(7):1297-1311)；藍(lán)細(xì)菌中的乙酰化修飾受到去乙?；?span style="line-height: 150%">CddA的調(diào)控，該酶能夠通過去除底物蛋白的乙?；揎梾⑴c藍(lán)細(xì)菌的光合作用過程(Plant Physiology, 2020, 184(2):762-776)。由于賴氨酸乙?；揎検强赡娴?，那么，藍(lán)細(xì)菌中是否存在乙酰轉(zhuǎn)移酶？ 

　　為回答這一重要科學(xué)問題，該團(tuán)隊對模式藍(lán)細(xì)菌Synechococcus sp. PCC 7002中16個預(yù)測的乙酰轉(zhuǎn)移酶進(jìn)行系統(tǒng)篩選，通過體內(nèi)和體外實驗首次鑒定到一個乙酰轉(zhuǎn)移酶cGNAT2，該基因敲除后導(dǎo)致藍(lán)細(xì)菌的光合作用受到顯著影響，提示cGNAT2可能通過調(diào)控底物蛋白乙?；揎梾⑴c藍(lán)細(xì)菌的光合作用進(jìn)程。 

圖1. 藍(lán)細(xì)菌賴氨酸乙酰轉(zhuǎn)移酶cGNAT2的功能研究

　　為了闡明cGNAT2潛在的催化機(jī)制，該團(tuán)隊利用AlphaFold2預(yù)測了cGNAT2的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)該蛋白是一個同源二聚體的結(jié)構(gòu)，由7個 折疊和4個 螺旋結(jié)構(gòu)組成，形成一個管狀口袋，能夠與底物蛋白以及Acetyl-COA結(jié)合進(jìn)而發(fā)揮催化作用；通過分子對接進(jìn)一步確定了cGNAT2與Acetyl-COA之間的結(jié)合區(qū)域，并結(jié)合位點突變與體外酶活性實驗證實了有8個氨基酸殘基是維持酶活性的關(guān)鍵位點（圖2）。 

圖2. cGNAT2的結(jié)構(gòu)與催化活性

　　為了揭示cGNAT2的分子作用機(jī)制，通過采用乙?；贵w富集和非標(biāo)記定量乙酰組學(xué)技術(shù)，系統(tǒng)鑒定到548個cGNAT2調(diào)控的內(nèi)源性靶標(biāo)修飾蛋白，這些蛋白廣泛分布于光合作用以及能量代謝通路中，表明cGNAT2調(diào)控的乙酰化修飾在光合系統(tǒng)以及能量代謝等生物學(xué)過程中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用（圖3）。 

圖3. cGNAT2調(diào)控的內(nèi)源性靶標(biāo)蛋白鑒定 

　　進(jìn)一步的功能實驗發(fā)現(xiàn)，在光合作用通路中NdhJ（NDH脫氫酶亞基J）是cGNAT2的靶標(biāo)底物，cGNAT2能夠在體內(nèi)和體外催化NdhJ的第89位乙?；揎?，進(jìn)而調(diào)控NdhJ的酶活性，并影響光合電子傳遞（圖4）。 

圖4. cGNAT2調(diào)控NdhJ蛋白的乙?；揎椷M(jìn)而影響光合作用過程

　　該研究首次在藍(lán)細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了賴氨酸乙酰轉(zhuǎn)移酶cGNAT2，并闡明了cGNAT2在藍(lán)細(xì)菌中通過調(diào)控底物蛋白的乙酰化修飾進(jìn)而實現(xiàn)其功能的分子機(jī)制（圖5），對理解蛋白翻譯后修飾在光合作用過程中的調(diào)控機(jī)理具有重要意義。 

圖5. cGNAT2在藍(lán)細(xì)菌中調(diào)控生長和光合作用的分子機(jī)制模型

　　該研究成果“Deciphering structure, function, and mechanism of lysine acetyltransferase cGNAT2 in cyanobacteria”在線發(fā)表于Plant Physiology雜志，博士生賈坤、高級實驗師楊明坤博士為該論文的并列第一作者，葛峰研究員、趙進(jìn)東院士為共同通訊作者，該研究得到自然科學(xué)基金和國家重點研發(fā)計劃的資助。文章鏈接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiad509