Cell子刊揭示重要代謝調控因子

　　由于其與長壽、糖尿病、癌癥和代謝調控相關聯，近年來Sirtuin脫乙酰酶家族受到了相當大的關注。在發表于12月3日《細胞代謝》(Cell Metabolism)雜志上的一項新研究中，Buck研究所的研究人員現在確定了一些代謝相關蛋白受到了線粒體sirtuin——SIRT5的廣泛調控。

　　利用Buck研究所開發的一種新型定向蛋白質組學方法，Gibson實驗室與Gladstone研究所的Eric Verdin課題組展開合作，確定了線粒體中數百種蛋白質都經歷了賴氨酸琥珀酰化(succinylation)修飾，并在隨后受到SIRT5的調控。這些研究結果對于了解正常和疾病狀態下的代謝功能具有廣泛的影響。

　　Buck 研究所化學和質譜法系主任及教授Bradford Gibson 博士說：“在你針對一個過程展開研究之前，你首先要了解作用因子是什么。”SIRT5定位在線粒體中。線粒體是存在于我們身體幾乎所有細胞中的一種細胞器，主要負責能量生成和調節內環境穩定。

　　通過定量缺失SIRT5基因小鼠和對照動物之間的差異，Gibson和同事們發現SIRT5選擇性地除去了140多個不同蛋白質上特異位點的琥珀酰修飾，與包括脂肪酸氧化、氧化磷酸化和酮體生成在內的一些基本代謝信號通路相關聯。

　　研究的主要作者、Gibson實驗室博士后人員Matthew Rardin說：“在線粒體內，許多的蛋白質和信號通路都存在廣泛的琥珀酰基化，SIRT5似乎是線粒體中唯一負責調控這一結構修飾的酶。”

　　Gibson補充說：“我們發現，賴氨酸琥珀酰基化可以對酶活性造成巨大的影響。”琥珀酰基化是將一個負電荷四碳琥珀酰基轉移到賴氨酸殘基的伯胺上的過程。在生理條件下，這一修飾可以將典型的正電荷賴氨酸基團電荷狀態轉變為負電荷。

　　“當蛋白質超琥珀酰基化時，我們看到一些代謝信號通路遭到破壞，包括肝臟中脂肪酸累積以及酮體生成減少，”Rardin說。

　　例如，研究人員證實一種在禁食過程中對于能量生成極其重要的酮體生成限速酶：HMGCS2具有至少15個琥珀酰基化位點。并且，他們證實靠近 HMGCS2底物結合口袋附近的特異賴氨酸殘基琥珀酰基化破壞了酶活性。因此，SIRT5的作用似乎是除去這些琥珀酰化修飾，恢復HMGCS2和其他一些線粒體酶的活性。

　　Gibson 說：“盡管我們仍然不知道賴氨酸琥珀酰基化對于線粒體功能的所有影響，我們已經匯編了一個大型蛋白質清單，這些蛋白質的琥珀酰基化狀態似乎受到SIRT5 的高度調控。對于科學家們而言，這一蛋白質及其位點清單是非常有價值的資源，可用于探討這些結構改變影響正常和病理情況下許多重要代謝信號通路的機制。”

　　這項研究是該研究小組開展的一項大型持續性研究的組成部分，研究小組的目的是更好地了解sirtuins在線粒體生物學和代謝中的作用。在今年早些時候發表于《PNAS》上的一篇論文中，這些科學家們檢測了相關sirtuin：SIRT3的活性，SIRT3調控了線粒體中的賴氨酸乙酰化。相比于琥珀酰基化，賴氨酸殘基乙酰化只是中和了賴氨酸殘基的正電荷狀態。

　　總而言之，這兩篇論文闡明了賴氨酸乙酰化和琥珀酰基化之間存在大量的“串擾”， Gibson和同事們認為SIRT3和SIRT5是通過選擇性調控這兩種修飾微調了多個代謝信號通路。有許多的蛋白通常在相同的位點受到SIRT3和 SIRT5的調控。這表明，與在HMGCS2中證實的相似，這些修飾有可能具有重要的功能影響。“我們對這種串擾的程度感到驚訝，尤其是過去的研究表明這兩種sirtuins很少有底物重疊，”Gibson說。

　　研究人員指出，評估SIRT3和SIRT5的功能作用才剛剛起步。“我們希望在某些情況下我們所匯編的資源將幫助我們更好地了解從神經退行性疾病到糖尿病，那些尤其已知線粒體起重要作用的疾病中sirtuins的所發揮的功能。這還僅僅是開始，”Gibson說。