浙江
蛋白质的脂化修饰在细胞信号转导和蛋白动态行为调控中扮演关键角色，不饱和脂肪酸碳链上碳碳双键位置的不同如何驱动修饰的异构选择性，长期缺乏系统认知。近日，武汉大学高等研究院陈素明教授团队在《Nature Communications》发表题为“Enzyme-centric chemoproteomics reveals isomer-specific S-acylation modification networks”的研究论文。该研究发展了一套酶中心化学蛋白质组学新策略，在蛋白质组水平上系统描绘了脂肪酸异构体、zDHHC酰基转移酶与S-酰化底物蛋白之间的复杂调控网络，并揭示了异构选择性背后的分子机制。
研究团队合成了三种末端带炔基的C18:1单不饱和脂肪酸探针，顺式双键分别位于Δ6、Δ9和Δ11位，同时用饱和的C18:0探针做对照。他们在HepG2细胞中进行代谢标记，结合点击化学反应和链霉亲和素富集，利用无标定量蛋白质组学鉴定脂化蛋白。四种探针分别鉴定到723、659、874和797个脂化蛋白，与已知脂化数据库SwissPalm的重合率在77%到81%之间。三种不饱和探针各自独有的修饰蛋白数量分别为35、128和72个，这说明仅双键在碳链上的位置移动就足以显著改变蛋白质的修饰谱。不饱和探针鉴定到的N/O-酰化蛋白数量远高于饱和探针，其中Δ9和Δ11探针分别是饱和探针的3.2倍和2.6倍，表明脂肪酸的不饱和度同样影响着修饰类型的选择。
这些异构特异性修饰的蛋白在功能上展现出明显差异。Δ6探针特异性修饰的蛋白显著富集在脂肪酸β-氧化通路，涉及ACOX1和ACOT8等关键酶。Δ9探针特异性修饰的蛋白大量参与核糖体RNA加工过程，包括IMP3、RRP5和RCL1等因子。Δ11探针独有修饰的蛋白分布在细胞内和细胞外运输通路，涵盖COG1、ZW10和RAB21等多个蛋白。这些蛋白的亚细胞定位也呈现各自特征。研究团队进一步发现，用2-溴棕榈酸抑制整体S-酰化后添加不同异构体，只有Δ6能显著升高细胞内过氧化氢水平，Δ9和Δ11则无此效应。由于ACOT8主要被Δ6进行N/O-酰化修饰且该修饰不被2-溴棕榈酸抑制，这个结果暗示Δ6可能通过增强ACOT8的N/O-酰化来调节过氧化物酶体的β-氧化通量。
为了剖析上游催化机制，研究团队过表达了六种具有不同跨膜螺旋数量的zDHHC酶并与三种异构体探针联合进行定量蛋白质组学分析。他们构建了包含异构体、zDHHC酶和底物蛋白的三元网络图，数据显示同一种酶对不同双键位置脂肪酸的催化效率差异悬殊，zDHHC20过表达时Δ6和Δ9探针诱导的底物蛋白数量远多于Δ11，且这些底物在不同异构体之间重叠极少。研究团队追踪了催化中间过程的自酰化中间体丰度，发现Δ11探针在所有酶体系中自酰化中间体丰度都显著偏低。在zDHHC20体系中Δ6的中间体丰度高于Δ9，而在zDHHC24中则相反。通过共价对接模拟，他们发现不同双键位置使脂肪酸在酶跨膜螺旋形成的疏水腔中呈现不同的空间构象，分别与不同组合的疏水残基形成范德华力相互作用，同时与活性中心组氨酸形成的氢键强度也有差异。
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