Cell子刊揭示重要代谢调控因子

　　由于其与长寿、糖尿病、癌症和代谢调控相关联，近年来Sirtuin脱乙酰酶家族受到了相当大的关注。在发表于12月3日《细胞代谢》(Cell Metabolism)杂志上的一项新研究中，Buck研究所的研究人员现在确定了一些代谢相关蛋白受到了线粒体sirtuin——SIRT5的广泛调控。

　　利用Buck研究所开发的一种新型定向蛋白质组学方法，Gibson实验室与Gladstone研究所的Eric Verdin课题组展开合作，确定了线粒体中数百种蛋白质都经历了赖氨酸琥珀酰化(succinylation)修饰，并在随后受到SIRT5的调控。这些研究结果对于了解正常和疾病状态下的代谢功能具有广泛的影响。

　　Buck 研究所化学和质谱法系主任及教授Bradford Gibson 博士说：“在你针对一个过程展开研究之前，你首先要了解作用因子是什么。”SIRT5定位在线粒体中。线粒体是存在于我们身体几乎所有细胞中的一种细胞器，主要负责能量生成和调节内环境稳定。

　　通过定量缺失SIRT5基因小鼠和对照动物之间的差异，Gibson和同事们发现SIRT5选择性地除去了140多个不同蛋白质上特异位点的琥珀酰修饰，与包括脂肪酸氧化、氧化磷酸化和酮体生成在内的一些基本代谢信号通路相关联。

　　研究的主要作者、Gibson实验室博士后人员Matthew Rardin说：“在线粒体内，许多的蛋白质和信号通路都存在广泛的琥珀酰基化，SIRT5似乎是线粒体中唯一负责调控这一结构修饰的酶。”

　　Gibson补充说：“我们发现，赖氨酸琥珀酰基化可以对酶活性造成巨大的影响。”琥珀酰基化是将一个负电荷四碳琥珀酰基转移到赖氨酸残基的伯胺上的过程。在生理条件下，这一修饰可以将典型的正电荷赖氨酸基团电荷状态转变为负电荷。

　　“当蛋白质超琥珀酰基化时，我们看到一些代谢信号通路遭到破坏，包括肝脏中脂肪酸累积以及酮体生成减少，”Rardin说。

　　例如，研究人员证实一种在禁食过程中对于能量生成极其重要的酮体生成限速酶：HMGCS2具有至少15个琥珀酰基化位点。并且，他们证实靠近 HMGCS2底物结合口袋附近的特异赖氨酸残基琥珀酰基化破坏了酶活性。因此，SIRT5的作用似乎是除去这些琥珀酰化修饰，恢复HMGCS2和其他一些线粒体酶的活性。

　　Gibson 说：“尽管我们仍然不知道赖氨酸琥珀酰基化对于线粒体功能的所有影响，我们已经汇编了一个大型蛋白质清单，这些蛋白质的琥珀酰基化状态似乎受到SIRT5 的高度调控。对于科学家们而言，这一蛋白质及其位点清单是非常有价值的资源，可用于探讨这些结构改变影响正常和病理情况下许多重要代谢信号通路的机制。”

　　这项研究是该研究小组开展的一项大型持续性研究的组成部分，研究小组的目的是更好地了解sirtuins在线粒体生物学和代谢中的作用。在今年早些时候发表于《PNAS》上的一篇论文中，这些科学家们检测了相关sirtuin：SIRT3的活性，SIRT3调控了线粒体中的赖氨酸乙酰化。相比于琥珀酰基化，赖氨酸残基乙酰化只是中和了赖氨酸残基的正电荷状态。

　　总而言之，这两篇论文阐明了赖氨酸乙酰化和琥珀酰基化之间存在大量的“串扰”， Gibson和同事们认为SIRT3和SIRT5是通过选择性调控这两种修饰微调了多个代谢信号通路。有许多的蛋白通常在相同的位点受到SIRT3和 SIRT5的调控。这表明，与在HMGCS2中证实的相似，这些修饰有可能具有重要的功能影响。“我们对这种串扰的程度感到惊讶，尤其是过去的研究表明这两种sirtuins很少有底物重叠，”Gibson说。

　　研究人员指出，评估SIRT3和SIRT5的功能作用才刚刚起步。“我们希望在某些情况下我们所汇编的资源将帮助我们更好地了解从神经退行性疾病到糖尿病，那些尤其已知线粒体起重要作用的疾病中sirtuins的所发挥的功能。这还仅仅是开始，”Gibson说。