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蛋白质翻译后修饰(PTM)在细胞进程调控中扮演至关重要的角色，通过改变蛋白质的性质,如结构、稳定性、复杂的形成或酶活性而发挥作用。蛋白质中的20种氨基酸，赖氨酸是最常见的共价修饰的目标之一，可发生诸如泛素化,乙酰化,丙酰化, 丙二酰化, 巴豆酰化等修饰。通过这些修饰，含有赖氨酸的蛋白调控作用被大大拓宽。赵国屏院士是我国合成生物学领域的开拓者和奠基人，他和他的团队致力于研究微生物代谢调控及酶的结构功能关系与反应机理，开发相应的微生物和蛋白质工程生物技术。2019年7月，赵国屏院士、赵维副研究员团队首次在细菌中发现了一种特异性的去琥珀酰化酶ScCobB2，运用琥珀酰化修饰组学揭示了其介导的链霉菌蛋白质合成和碳代谢调控机制。2020年4月20日，赵国屏院士、赵维副研究员团队再次在Nucleic Acids Research（IF=11.147）上发表最新成果，运用乙酰化修饰蛋白质组学、细胞生物学、生物化学等方法，首次发现赖氨酸乙酰化修饰参与了对天蓝色链霉菌染色体分离的分子调控，揭示了乙酰化修饰对细菌染色体分离的调控机制。景杰生物为本文的乙酰化修饰组学分析提供了技术支持。染色体分离( Chromosome segregation) 是细胞分裂和增殖的关键事件，是所有生命活动的核心基础之一。染色体分离异常会导致胚胎发育紊乱，还可能引发猫叫综合征（5号染色体短臂缺失）和唐氏综合征（21号染色体异常）等多种严重疾病。在细菌分裂过程中，染色体分离异常还与细菌耐药性改变高度相关。赖氨酸乙酰化修饰（Lysine acetylation）是一种从原核细菌到真核生物都普遍存在的保守生物学现象，参与调控了基因转录、染色体稳定、细胞代谢、RNA剪接等生理过程。然而原核细胞过程乙酰化调控的认识还存在诸多未知。研究选择了天蓝色链霉菌（Streptomyces coelicolor），它是研究细菌发育分化的模式生物，也是一种天然产物药物开发工具菌。天蓝色链霉菌具有相对复杂的生活史，其细胞由孢子萌发后形成基质菌丝，基质菌丝分支产生气生菌丝，气生菌丝继续发育形成孢子链，成熟脱落后变成孢子，完成一个细胞周期。天蓝色链霉菌的细胞发育伴随一系列细胞形态分化和染色体复制分离过程，受多种胞内外信号的精密调控。
细菌染色体的分离过程调控机制长期以来并不清楚，已知由ParA、ParB蛋白和染色体类着丝粒parS组成的染色体分离复合物在染色体分离起始过程中起关键作用。研究团队通过基于质谱的乙酰化修饰组学分析的方法，首先发现乙酰化修饰富集在细菌染色体分离通路。进而分析发现，ParB是乙酰化修饰的调控靶点，乙酰化酶ScCobB1和乙酰转移酶ScPat通过乙酰化修饰调控ParB对类着丝粒parS位点的结合活性，进而改变DNA结合力。图2、ScPat/ScCobB1通过乙酰化修饰调控了ParB-parS结合力活性研究团队进一步通过ParB点突变证明K183是主要的乙酰化修饰功能位点。相对于野生型和ΔScpat菌株，敲除SccobB1基因后，ParB在细胞体内无法形成有效的染色体分离复合物。在ΔSccobB1菌株表达模拟去乙酰化状态的ParBK183R，染色体分离复合物又能恢复形成，这说明乙酰化修饰调控染色体分离是通过靶向ParB的K183位点直接起作用。值得一提的是，研究人员发现回补parBK183R至ΔSccobB1菌株只能部分恢复由SccobB1敲除引起的异常产孢表型，这一结果暗示还有其他乙酰化靶标参与调控了天蓝色链霉菌的分裂或产孢。
图3、Lys-183残基是ParB的关键乙酰化位点综上所述，该研究首先通过乙酰化修饰组学证明天蓝色链霉菌的染色体分离受乙酰化修饰调控，并进一步提出赖氨酸乙酰化修饰调控天蓝色链霉菌染色体分离的分子模型：ScCobB1去乙酰化修饰增强ParB蛋白对类着丝粒parS位点的结合，进而促进了染色体分离复合物的形成。敲除SccobB1 后，ParB的乙酰化水平过高，导致无法形成有效的染色体分离复合物；而当外界营养缺乏时，胞内NAD+水平升高，其作为辅因子激活ScCobB1，诱导形成ParB 染色体分离复合物，促进起始染色体分离。通过生物信息学比对，研究人员发现ParB乙酰化修饰位点在其他细菌中保守存在，预示着此调控机制的通用意义。对该机制的积极探索将有助于深入理解染色体分裂异常引发的细胞发育分裂紊乱，而且，对ParB关键修饰位点的鉴定还可能为指导染色体分离复合物功能改造打下理论基础。1.Peng Li, et al., 2020, Deacetylation enhances ParB–DNA interactions affecting chromosome segregation in Streptomyces coelicolor. Nucleic Acids Research.
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