Сайты связывания кофермента А индуцируют проксимальное ацилирование во всех семействах белков.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5029 (2023) Цитировать эту статью

1579 Доступов

37 Альтметрика

Подробности о метриках

Nɛ-ацилирование лизина, такое как ацетилирование или сукцинилирование, представляют собой посттрансляционные модификации, которые регулируют функцию белка. В митохондриях ацилирование лизина преимущественно неферментативное, и ацилируется только определенная часть протеома. Коэнзим А (КоА) может действовать как переносчик ацильной группы через тиоэфирную связь, но то, что контролирует ацилирование митохондриальных лизинов, остается плохо изученным. Используя опубликованные наборы данных, мы обнаружили, что белки с сайтом связывания КоА с большей вероятностью будут ацетилированы, сукцинилированы и глутарилированы. Используя компьютерное моделирование, мы показываем, что остатки лизина вблизи кармана связывания КоА сильно ацилируются по сравнению с остатками, расположенными дальше. Мы предположили, что связывание ацил-КоА усиливает ацилирование близлежащих остатков лизина. Чтобы проверить эту гипотезу, мы совместно инкубировали еноил-КоА-гидратазу с короткой цепью 1 (ECHS1), КоА-связывающий митохондриальный белок, с сукцинил-КоА и КоА. С помощью масс-спектрометрии мы обнаружили, что сукцинил-КоА индуцирует широко распространенное сукцинилирование лизина и что КоА конкурентно ингибирует сукцинилирование ECHS1. КоА-индуцированное ингибирование определенного участка лизина обратно коррелирует с расстоянием между этим лизином и карманом, связывающим КоА. Наше исследование показало, что КоА действует как конкурентный ингибитор сукцинилирования ECHS1 путем связывания с карманом, связывающим КоА. В совокупности это позволяет предположить, что проксимальное ацилирование в сайтах связывания КоА является первичным механизмом ацилирования лизина в митохондриях.

Ацилирование лизина, такое как ацетилирование, сукцинилирование или глутарилирование, представляет собой посттрансляционные модификации (ПТМ)1,2,3, которые ингибируют действие белков во всех сферах жизни и во всех клеточных компартментах4,5,6. В эукариотических клетках ацилирование гистонов уменьшает электростатическое сродство между гистонами и ДНК и обычно связано с увеличением экспрессии генов7. Коэнзим А (КоА) является метаболитом, необходимым для разнообразных метаболических процессов, включая биосинтез жирных кислот и кетоновых тел, метаболизм аминокислот, окисление жирных кислот и регуляцию экспрессии генов8,9. У эукариот тиоэфиры КоА, такие как ацетил-СоА, сукцинил-КоА и глутарил-КоА, действуют как единственные доноры клеточных ацильных групп и реагируют с остатками лизина посредством (1) ферментативного переноса, опосредованного ферментами ацетилтрансферазами, такими как p30010, 11, и (2) неферментативные механизмы, которым способствуют высокие локальные концентрации видов ацил-КоА и высокий pH5,12. В цитозоле и ядре ацилирование лизина в первую очередь осуществляется ферментами ацилтрансферазами, такими как p300, а характер дифференциального ацилирования объясняется специфичностью и распределением этих ферментов. Однако в митохондриальном матриксе не было идентифицировано универсального фермента ацилтрансферазы, и считается, что митохондриальное ацилирование в основном происходит неферментативно13,14. Однако распределение ацилированных лизинов в митохондриях не является стохастическим: между сайтами обнаруживаются различия в ацилировании на порядки величин14. Почему некоторые митохондриальные остатки лизина более чувствительны к ацилированию, чем другие, остается важным вопросом без ответа.

Метаболизм митохондрий зависит от множества видов ацил-КоА, которые служат ключевыми промежуточными соединениями в важнейших путях, таких как цикл ТСА (ацетил-КоА, сукцинил-КоА), окисление жирных кислот (ацетил-КоА, пропаноил-КоА, ацил-КоА с более длинной цепью). КоА), катаболизм кетоновых тел (3-гидроксиметилглутарил-КоА, ацетоацетил-КоА) и катаболизм аминокислот (сукцинил-КоА, глутарил-КоА, ГМГ-КоА). Эти реактивные виды ацил-КоА служат ацил-донором для неферментативного ацилирования митохондриальных белков15. Регуляторная роль была определена для ограниченного подмножества ацилирований лизина, которые сосуществуют с большей частью ацилирования лизина, которое является нерегуляторным и имеет низкую стехиометрию13,14. Важно отметить, что многие остатки лизина в митохондриальных белках не ацилируются, а последующие измерения стехиометрии ацетилирования в печени мышей показывают чрезвычайно широкий диапазон ацетилирования14. Целью настоящего исследования является изучение молекулярных механизмов, контролирующих ацилирование специфических остатков лизина в митохондриях.