酿酒酵母中去乙酰化酶Hda1调节亮氨酸代谢机制的研究

发布时间：2020-05-19 13:49

【摘要】：亮氨酸是人体中含量最为丰富的必需氨基酸之一,作为调节因子控制蛋白的合成和降解,参与调节能量代谢并为蛋白合成提供底物。亮氨酸缺乏导致严重的生长缺陷,因此维持亮氨酸的代谢平衡对于生物活动的正常进行相当重要。生物体中存在多种蛋白质修饰方式,调控着细胞的各种生理以及病理过程。乙酰化修饰是一种重要的蛋白翻译后修饰,涉及到转录调控、信号通路调控、代谢调控、蛋白质活性调控乃至病原微生物感染调控等多个重要生理功能而受到广泛关注与研究。我们在探寻营养代谢的过程中,首次发现并证实真核生物中去乙酰化酶Hda1在亮氨酸的代谢过程中起着重要调节作用。本论文以酿酒酵母为模式生物,利用分子生物学和代谢组学的方法研究去乙酰化酶Hda1在亮氨酸代谢过程中的调节作用。实验结果显示HDA1基因敲除菌株在SC培养基中显示出生长缺陷并且其亮氨酸含量当对于野生型菌株显著降低。补充外源亮氨酸,hda1?细胞恢复生长,而其它氨基酸等氮源则无恢复效应。利用自发突变,筛选hda1?细胞突变菌株,检测发现其亮氨酸含量均恢复到野生型(WT)水平。自发突变菌株全基因组测序结果表明SEO1(推断的通透酶)和BAP2(高亲和力的亮氨酸转运蛋白)的蛋白序列发生点突变(Seo1-A242G,Bap2-D573N),COS4(调控蛋白周转的蛋白)则是在表达水平发生变化。在hda1?细胞中过量表达SEO1、BAP2和COS4均能恢复在SC培养基上的生长。m RNA表达水平测定和Lac-Z报告基因实验结果显示,BAP2和COS4在hda1?细胞中的m RNA表达显著高于野生型水平;而亮氨酸均诱导SEO1、BAP2和COS4 m RNA表达。蛋白水平检测结果证实SEO1以及突变体SEO1在野生型和hda1?细胞中并无显著差别。本论文研究结果证明去乙酰化酶Hda1通过调控SEO1、BAP2和COS4来控制亮氨酸吸收,从而影响细胞的生长。该机制的阐明将为亮氨酸引起的营养缺陷和疾病产生机制提供全新的诠释和思维。
【图文】：

图 1-1 酿酒酵母中亮氨酸的生物合成途径进入人体后，，其主要作用有三个方面，首先是作为蛋白合酸的合成提供碳源和 α-氨基氮源[25,26]。进入乳腺的亮氨酸成，另一部分亮氨酸参与调节了其他物质的合成或发生作为蛋白周转的调节因子来控制蛋白的合成和降解[27-29]（亮氨酸作为调节因子的一种主要分子机制是通过激活雷（mTOR pathway）[30-32]。mTOR 信号系统整合了细胞内翻译、细胞代谢、生长、分化和生存，同时营养物质和途径。亮氨酸补给实验证明其与体重控制、能量消耗和肌显著关联[33-35]，并且亮氨酸的吸收量多少能阻止或治疗肥上世纪 70 年代到现在，一系列的实验表明亮氨酸的缺乏削弱[38-40]。这些亮氨酸调控的蛋白质、糖、脂肪代谢以及

人体亮氨酸第三个功能是降解后进入三羧酸循环调节能量代谢[42]（图1-2）。亮氨酸对于能量代谢的主要机制是通过支链氨基转移酶（BCAT）转化成 α-酮异己酸（α-KIC），然后通过线粒体酶支链 α-酮酸脱氢酶脱羧为异戊酰辅酶 A，然后最终形成酰基-CoA 衍生物并进入柠檬酸循环[42]。此过程不仅通过控制能量代谢来调节激酶活性，而且其中间产物（如酰基-CoA 等）可参与糖和脂肪的代谢。亮氨酸在生物体内含量丰富，功能多样，为了确保生长发育的正常进行，生物体进化了非常精致的吸收体系来保持亮氨酸的代谢平衡。在真核生物酿酒酵母中就有 5 种氨基酸转运蛋白可以吸收亮氨酸，分别是一般氨基酸通透酶 Gap1（general amino acid permease Gap1）[43]，枝链氨基酸通透酶 Bap2 和 Bap3（branched-chain amino acid permeases Bap2 and Bap3）[44, 45]，色氨酸/酪氨酸通透酶 Tat1（tryptophan/tyrosine permease Tat1）[46]
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q936

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本文编号：2670981