YiaC e CobB regolano la lattilazione della lisina nell'Escherichia coli

Jun 18, 2023

Nature Communications volume 13, numero articolo: 6628 (2022) Citare questo articolo

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Recentemente è stato segnalato che la lattilazione della lisina (Kla) partecipa alla regolazione della trascrizione nelle cellule umane. Tuttavia, la caratterizzazione, il meccanismo di regolazione e le conseguenze funzionali del Kla nei procarioti rimangono poco chiari. Qui riportiamo che YiaC funziona come una lisina lattilasi e che CobB funge da lisina delattilasi nella regolazione del metabolismo. Dimostriamo che YiaC catalizza l'aggiunta di Kla, mentre CobB cancella questo PTM sia in vitro che intracellulare. Inoltre, mostriamo che YdiF può catalizzare la formazione di un lattil-coenzima A, che dona il gruppo lattile per Kla. L'analisi proteomica quantitativa rivela inoltre 446 siti endogeni di Kla presi di mira da CobB e 79 candidati presi di mira da YiaC in Escherichia coli (E. coli). Inoltre, presentiamo che Kla può influenzare le funzioni degli enzimi metabolici. È interessante notare che dimostriamo che CobB può modulare specificamente l'attività di PykF regolando K382la, promuovendo la glicolisi e la crescita batterica. Il nostro studio identifica gli enzimi regolatori e la rete funzionale di Kla e rivela un meccanismo molecolare mediato da Kla catalizzato da CobB per la regolazione della glicolisi in E. coli.

La modifica post-traduzionale (PTM) è un elemento chiave nella regolazione delle funzioni proteiche e svolge un ruolo vitale nella modulazione di diverse funzioni cellulari e nella progressione della malattia negli eucarioti1,2. Inoltre, prove crescenti indicano che i PTM svolgono un'importante funzione anche nei procarioti. Ad esempio, l'acetilazione della lisina (Kac) regola la virulenza batterica3, la chemiotassi4 e la stabilità delle proteine5,6. Recentemente abbiamo scoperto che la lisina 2-idrossiisobutirrilazione (Khib) è coinvolta nella regolazione del metabolismo batterico, della trascrizione e della resistenza agli antibiotici7,8,9,10. Tuttavia, la comprensione della funzione e del meccanismo di regolamentazione dei PTM nei procarioti rimane limitata.

La lattilazione della lisina (Kla) è stata recentemente segnalata come un tipo di PTM recentemente identificato sugli istoni umani per la regolazione della polarizzazione e degli stati dei macrofagi11,12,13,14. Ulteriori studi hanno dimostrato che Kla sugli istoni può influenzare la riprogrammazione metabolica cellulare durante la differenziazione delle cellule staminali pluripotenti e nel cancro polmonare non a piccole cellule15,16, può guidare l'oncogenesi ed è associato all'eccitazione neurale17,18 attraverso la regolazione della trascrizione genetica. Inoltre, è stato dimostrato che Kla sulla proteina non istonica HMGB1 promuove il rilascio esosomiale nella sepsi polimicrobica19. Secondo i dati, Kla è stata segnalata negli eucarioti, inclusi esseri umani, topi, riso e Botrytis cinerea11,18,20,21. Tuttavia, non è chiaro se Kla esista nei procarioti e quali ruoli potrebbero svolgere queste modifiche non ancora scoperte.

Si ritiene che i cambiamenti dinamici dei PTM nel tempo e nello spazio siano eventi biologici importanti, che modulano la funzione delle proteine ​​in diversi processi cellulari. I PTM reversibili sono solitamente regolati da due tipi di enzimi che aggiungono o rimuovono specificamente i PTM. Ad esempio, è stato ampiamente riportato che le lisina acetiltransferasi (KAT) e le lisina deacetilasi (KDAC) catalizzano diverse acilazioni o deacilazioni1,22,23,24. Per Kla, P300 funziona come potenziale lattilasi e le deacetilasi istoniche di classe I (HDAC1‒3) fungono da delattilasi11,25. Tuttavia, gli enzimi regolatori della Kla nei procarioti sono ancora sconosciuti.

Qui, abbiamo profilato il proteoma Kla in Escherichia coli (E. coli) MG1655, identificato lo scrittore e la gomma per Kla e illustrato l'effetto mediato da Kla sulla glicolisi batterica e sulla crescita. Abbiamo identificato YiaC come lattilasi e CobB come delattilasi mediante screening di ceppi con proteine ​​della famiglia N-acetiltransferasi (GNAT) correlate a GCN5 sovraespresse e CobB. Inoltre, abbiamo rivelato che YiaC e CobB possono catalizzare rispettivamente l'aggiunta e la rimozione della lattilazione della lisina, sia in vitro che intracellulare. Successivamente, eseguendo l'etichettatura degli isotopi stabili mediante un approccio proteomico quantitativo basato su aminoacidi in coltura cellulare (SILAC), abbiamo identificato 79 siti endogeni di Kla potenzialmente regolati da YiaC e 446 candidati di Kla presi di mira da CobB. Abbiamo identificato un totale di 1047 siti Kla su 478 proteine ​​in E. coli MG1655 e abbiamo dimostrato che le proteine ​​lattilate erano per lo più correlate al metabolismo. Abbiamo inoltre dimostrato che CobB può cancellare PykF K382la per migliorare la glicolisi e promuovere la crescita di E. coli. In sintesi, questo studio identifica il sistema enzimatico regolatorio per Kla nei batteri, profila le proteine ​​​​substrato endogene di Kla e illustra il meccanismo molecolare della regolazione della glicolisi mediata da Kla.