陶生策課題組基于蛋白質(zhì)芯片發(fā)現(xiàn)細(xì)菌蛋白質(zhì)去乙?；疌obB與原核第二信使c-di-GMP間的雙向調(diào)控通路
?????? 2019年8月17日，生物化學(xué)領(lǐng)域知名期刊The EMBO Journal在線(xiàn)發(fā)表上海交通大學(xué)系統(tǒng)生物學(xué)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(xì)菌去乙?；窩obB和原核第二信使分子c-di-GMP在體內(nèi)的相互調(diào)控關(guān)系。該研究分兩個(gè)層面：1. 首次發(fā)現(xiàn)c-di-GMP與CobB有較強(qiáng)結(jié)合并通過(guò)結(jié)合調(diào)控CobB的蛋白質(zhì)去乙酰化酶活性, 2. 進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)c-di-GMP的一個(gè)重要合成酶DgcZ的乙?；杀籆obB特異去除，乙?；娜コ筛淖僁gcZ的活性，從而調(diào)控細(xì)胞內(nèi)c-di-GMP的水平。
?????? 環(huán)二鳥(niǎo)苷酸cyclic di-GMP / c-di-GMP是在細(xì)菌中廣泛存在的第二信使分子，于1987年由Moshe Benziman等在醋酸纖維桿菌中首次發(fā)現(xiàn)，迄今為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了c-di-GMP在細(xì)菌運(yùn)動(dòng)、生物膜形成、毒力以及轉(zhuǎn)錄調(diào)控等方面發(fā)揮重要作用。作為第二信使分子，c-di-GMP可以全局性地調(diào)控細(xì)菌的生理過(guò)程，但是其與能量代謝通路的關(guān)系至今仍未知。
?????? CobB是細(xì)菌中第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)去乙酰化酶，屬于Sir2家族去乙?；?，在原核生物中高度保守。CobB可廣泛地調(diào)控細(xì)菌的生理功能，如乙酰輔酶A合成、細(xì)菌趨化性運(yùn)動(dòng)以及DNA解螺旋等。但是，細(xì)菌體內(nèi)調(diào)控CobB活性的因子卻極少有報(bào)道。
?????? 在本研究中，首先，研究人員利用大腸桿菌蛋白質(zhì)組芯片（包含4016種大腸桿菌所編碼的蛋白質(zhì)），發(fā)現(xiàn)c-di-GMP與CobB具有較強(qiáng)的相互作用。進(jìn)一步的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，在大腸桿菌中c-di-GMP通過(guò)結(jié)合抑制CobB的去乙酰化酶活性進(jìn)而調(diào)控CobB-Acs-CoA途徑中乙酰輔酶A的最終合成。通過(guò)位點(diǎn)突變實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)c-di-GMP結(jié)合在CobB N端的R8，R17以及E21 等3個(gè)氨基酸殘基上。通過(guò)序列比對(duì)發(fā)現(xiàn)，這三個(gè)位點(diǎn)在原核生物中廣泛保守。緊接著，研究人員選擇沙門(mén)氏桿菌的CobB進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示c-di-GMP同樣能夠結(jié)合并抑制沙門(mén)氏桿菌CobB的活性，這些結(jié)果表明c-di-GMP對(duì)CobB的調(diào)控很可能在原核生物中廣泛存在。
?????? 其次，本研究還發(fā)現(xiàn)大腸桿菌的一個(gè)關(guān)鍵c-di-GMP合成酶DgcZ在體內(nèi)能夠被乙?；褻obB可通過(guò)去除DgcZ K4位點(diǎn)的乙?；岣逥gcZ的活性，并進(jìn)而調(diào)控胞內(nèi)c-di-GMP的水平。在分子機(jī)制方面，研究人員發(fā)現(xiàn)DgcZ K4的乙酰化可導(dǎo)致其多聚和沉淀，而CobB的去乙?；軌虼龠M(jìn)DgcZ蛋白的穩(wěn)定性。
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?????? 綜上所述，本研究揭示了細(xì)菌去乙酰化酶CobB和第二信使c-di-GMP的相互調(diào)控，在體內(nèi)形成了一個(gè)負(fù)反饋調(diào)節(jié)通路，為c-di-GMP研究提供了全新的效應(yīng)蛋白，也為CobB在體內(nèi)的調(diào)控因子提供新的證據(jù)。本研究再次展示了蛋白質(zhì)芯片在新型功能發(fā)現(xiàn)研究方面的高效性和有效性。
?????? 本項(xiàng)研究的共同第一作者是上海交通大學(xué)博士研究生許釗葳、博士后張海南和清華大學(xué)博士研究生張行潤(rùn)。本研究的合作者包括清華大學(xué)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(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院Daniel M. Czajkowsky教授。上海交通大學(xué)系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)研究院陶生策研究員為通訊作者。
?????? 本研究得到了十三五國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃蛋白質(zhì)機(jī)器與生命過(guò)程調(diào)控項(xiàng)目，以及國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
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英文摘要：
Interplay between the bacterial protein deacetylase CobB and the second messenger c-di-GMP
As a ubiquitous bacterial secondary messenger, c-di-GMP plays key regulatory roles in processes such as bacterial motility and transcription regulation. CobB is the Sir2 family protein deacetylase that controls energy metabolism, chemotaxis, and DNA supercoiling in many bacteria. Using an E.coli proteome microarray, we found that c-di-GMP strongly binds to CobB. Further, protein deacetylation assays showed that c-di-GMP inhibits the activity of CobB and thereby modulates the biogenesis of acetyl-CoA. Interestingly, we also found that one of the key enzymes directly involved in c-di-GMP production, DgcZ, is a substrate of CobB. Deacetylation of DgcZ by CobB enhances its activity and thus the production of c-di-GMP. Our work establishes a novel negative feedback loop linking c-di-GMP biogenesis and CobB-mediated protein deacetylation.
全文鏈接：https://doi.org/10.15252/embj.2018100948
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稿件來(lái)源：陶生策課題組??許釗葳
圖文編輯：王華瑤
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