琥珀酰化修饰组学又一华篇，林向民组研究揭示鱼类病原体嗜水气单胞菌的代谢调控机制
景杰学术/解读
近日，蛋白质组学Top期刊Mol Cell Proteomics发表了福建农林大学林向民教授团队琥珀酰化修饰组学的文章，研究揭示赖氨酸琥珀酰化修饰在著名的鱼类病原体——嗜水气单胞菌的生理调控机制。
研究发现琥珀酰化修饰参与多种代谢途径和生物过程，包括翻译、蛋白运输和中心代谢途径等，在s -核糖同型半胱氨酸裂解酶 (LuxS) 赖氨酸的K23和K30位点琥珀酰化正调控群体感应自诱导因子AI-2的产生，最终改变其与另一病原体溶藻弧菌的竞争力。文章系统分析了嗜水气单胞菌琥珀酰化修饰组学，更全面地了解琥珀酰化修饰变化蛋白对重要生理功能，将有助于预防和治疗这一重要病原体。文章的第一作者是姚祖杰博士，景杰生物为该研究的蛋白质琥珀酰化修饰质谱检测提供了技术支持。
众所周知，大多数蛋白质的翻译后修饰(PTMs)是动态的、可逆的，对调节各种生物体的细胞生理和病理至关重要。在不同种类的细菌中发现了许多不同的PTMs，包括磷酸化、糖基化、亚硝基化和酰化。其中赖氨酸酰化修饰是细菌中最重要的PTMs之一。与真核生物蛋白一样，细菌赖氨酸琥珀酰化（Ksucc）在进化上是保守的，并参与核心代谢途径，包括三羧酸(TCA)循环、糖酵解和丙酮酸代谢。因此，对生物体内Ksucc的全面鉴定对于理解不同生理条件下的基本生物活动和反应机制至关重要。虽然PTM谱已被鉴定为某些细菌种类，如荚膜组织浆菌、副溶血性弧菌和大肠杆菌，但赖氨酸琥珀酰化在原核生物，特别是水生病原体中的功能，在很大程度上仍然未知。
在此，研究人员将高亲和纯化技术与高灵敏度质谱技术相结合，鉴定了A. hydrophila ATCC7966琥珀酰化修饰。研究结果为赖氨酸琥珀酰化在嗜水杆菌细胞生理学和病理学中的作用提供了重要的见解。
1、琥珀酰化修饰质谱分析
研究人员采用高亲和力纯化方法和高特异性琥珀酰赖氨酸抗体对嗜水气单胞菌赖氨酸琥珀酰化肽收集和富集，用于质谱分析。赖氨酸琥珀酰化序列基序分析表明，不同种类的细菌对底物有共同的偏好。赖氨酸琥珀酰化蛋白的二级结构分析结果表明，赖氨酸琥珀酰化大部分位于结构区域，可能通过二级结构转换影响蛋白质活性。
琥珀酰化修饰质谱分析
2、琥珀酰化修饰蛋白功能注释
为了更好地理解琥珀酰化修饰蛋白在细胞内的功能，研究人员进行了亚细胞定位、生物功能注释、通路及蛋白互作等分析工作。结果表明，赖氨酸琥珀酰化修饰蛋白主要存在于细胞质中，主要参与核心能量代谢、生物合成、翻译过程和底物结合等重要功能。PPI分析揭示赖氨酸琥珀酰化参与多种代谢途径，包括TCA循环、戊糖磷酸途径、糖酵解/糖异生和丙酮酸代谢。随后，作者采用Co-IP和Western blotting结合的方法验证了6个候选蛋白的赖氨酸琥珀酰化，证实了蛋白质组学的琥珀酰化富集结果。
琥珀酰化修饰蛋白功能注释
3、LuxS琥珀酰化修饰功能分析
接下来研究人员对调节群体感应分子AI-2合成酶LuxS进行了深入分析。结果表明K23和K30是LuxS琥珀酰化修饰的两个重要位点， LuxS琥珀酰化修饰正调控该蛋白酶的活性，促进AI-2的合成及其与其它细菌间的交流。鉴于LuxS在细菌的生物学功能中有着多效性的作用，研究人员进一步对Luxs位点突变菌株做了代谢组学分析，用以揭示Ksucc修饰的LuxS是否参与其他代谢途径。研究结果指出LuxS蛋白酶影响氨基酸、脂肪酸和硫代谢，通过可逆调控其K23、K30位点的琥珀酰化状态，控制氨基酸、脂肪酸和硫代谢等中心代谢途径。
LuxS琥珀酰化修饰功能分析
综上所述，赖氨酸在蛋白质中的琥珀酰化参与了细菌生理调控，在多种生物过程中起着至关重要的作用。在此，作者研究了A. hydrophila ATCC7966的赖氨酸琥珀酰化谱，以更好地了解赖氨酸琥珀酰化在该鱼类和哺乳动物病原体中的调控作用。研究揭示了赖氨酸琥珀酰化修饰s -核糖同型半胱氨酸裂解酶被证明影响细菌群体感应行为，由AI-2介导，可能影响细菌群落相互作用。
此外，赖氨酸的琥珀酰化还参与了几个中心代谢途径的调控，包括AMC和氨基酸代谢。文章通过对嗜水气单胞菌琥珀酰化修饰组学的分析，更全面地了解琥珀酰化修饰变化蛋白的重要生理功能，将有助于预防和治疗这一重要病原体。
参考文献：
Zujie Yao, et al., 2019, Integrated Succinylome and Metabolome Profiling Reveals Crucial Role of S-Ribosylhomocysteine Lyase in Quorum Sensing and Metabolism of Aeromonas hydrophila, Mol Cell Proteomics.
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