红霉糖多孢菌氮调控因子GlnR介导蛋白质乙酰化机制研究

发布时间：2018-05-24 17:11

本文选题：蛋白质翻译后修饰 + 乙酰化　；参考：《华东理工大学》2016年博士论文

【摘要】：蛋白质的赖氨酸酰基化是一种动态的、可逆的并且高度保守的翻译后修饰(PTM)机制。赖氨酸酰基化及其催化酶会影响细胞内多种功能途径,包括细胞凋亡、细胞分化和新陈代谢等。作为抗生素的主要生产菌种,放线菌中可逆赖氨酸酰基化的研究十分有限,而且多集中于以天蓝色链霉菌为代表的模式菌中,一些重要的工业生产菌中蛋白质酰基化及其调控机制的研究极少。酰基-CoA不仅是蛋白质酰基化的供体,也是多种次级代谢产物的合成前体,对于产抗生素放线菌中的酰基化研究有助于我们高效利用这些生物合成天然产物。本文以高G+C含量的革兰氏阳性放线菌红霉糖多孢菌(Saccharopolyspora erythraea)为研究对象,主要对其蛋白质乙酰化修饰机制以及营养代谢与乙酰化间的调控机制做了以下研究：(1)蛋白质可逆乙酰化(RLA)催化酶的鉴定及转录调控研究。乙酰化蛋白质组学研究发现红霉糖多孢菌中蛋白质存在广泛的乙酰化修饰,利用生物信息学及生物化学等方法,我们鉴定得到Gcn5-型蛋白质乙酰转移酶AcuA (SACE_5148)具有蛋白质多位点乙酰化功能；Sirtuin沉默调节蛋白NAD+-依赖型去乙酰化酶SrtN (SACE_3798)具有蛋白质去乙酰化功能。进一步的研究发现氮调控因子GlnR能够直接激活acuA和srtN的转录响应氮源变化,揭示了GlnR介导的氮源对AcuA与SrtN组成的RLA系统的调控作用。(2)氮调控因子GlnR调控乙酰-CoA合成酶的转录及其乙酰化。酰基-CoA合成酶是红霉素合成的前体,也是脂肪酸代谢途径中的关键酶,红霉糖多孢菌基因组共编码3个序列高度一致(98%)的AMP-形成型乙酰-CoA合成酶(AcsA1, SACE_0337; AcsA2, SACE_2375和AcsA3, SACE_4729),其中AcsA1经证实起主导作用。我们研究发现3个Acs均是RLA的底物,其乙酰化水平及活性均受到由AcuA和SrtN组成的RLA系统的精细调控,并且具有高度一致的乙酰化位点。此外,3个Acs还能够发生AcP-依赖型的非酶催化乙酰化,由质谱技术比较乙酰化位点显示Acs活性关键位点的乙酰化只能由AcuA催化发生。氮调控因子GlnR能够响应外界氮源变化,在转录水平和翻译后修饰水平直接调控3个Acs。 GlnR的缺失(AglnR)会破坏细胞内Acs的乙酰化平衡,使得Acs活性过高从而导致细胞对乙酸盐的利用缺陷。我们的研究丰富了细胞内乙酰化调控网络,阐明了GlnR对细胞内RLA及乙酸代谢的调控机制。(3)氮调控因子GlnR调控谷氨酰胺合成酶(GS)的转录及其乙酰化。我们的研究发现氮代谢关键酶-GS (GlnA1和GlnA4)也是RLA的底物,AcuA乙酰化GlnA1 (GSI-β的K179和K357位点以及GlnA4(GSⅡ)的K319位点。赖氨酸乙酰化对GlnA1和GlnA4产生两种个同的作用：对于GlnA4,乙酰化导致其酶活丧失；对于GlnA1,乙酰化对其活性无影响,但赋予其全新的分子伴侣功能-与GlnR相互作用增强GlnR-DNA的结合,其中K357位点是影响该功能的关键位点。RLA能够通过调控GlnA4的活性以及GlnA1的分子伴侣功能影响细胞对氮源的利用,揭示了GlnR介导的氮源对GS乙酰化水平的调控作用,由此形成了一种GlnR-介导的蛋白质乙酰化在多层面调控氮代谢的反馈环路(GlnR-AcuA-GS)调控机制。
[Abstract]:In this paper , we have studied the mechanism of protein acetylation ( RLA ) and the mechanism of regulation and regulation of protein acyl - CoA , which is a dynamic , reversible and highly conserved post - translational modification .
In addition , three Acs were found to be the substrates of RLA , and the acetylation level and activity of these three sequences were highly consistent with AcuA and SrtN . We found that the key enzymes - GS ( GlnA1 and GlnA4 ) were also the substrate of RLA , the K179 and K357 locus of GlnA1 ( GSI - 尾 ) and the K319 site of GlnA4 ( GS II ) .
For GlnA1 , acetylation has no effect on the activity of GlnR - DNA , but the K357 locus is the key point which influences the function . The K357 locus is the key point which influences the function . The RLA can regulate the utilization of nitrogen source by regulating the activity of GlnA4 and the molecular mate function of GlnA1 . The regulation mechanism of GlnR - mediated protein acetylation on GS acetylation level is revealed .
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q93;Q78

【参考文献】