【MCP】打开水产科学研究新视角 | 琥珀酰化修饰组+代谢组揭示水产动物病原菌的代谢调控机制

随着组学研究步入后基因组时代，蛋白质组、修饰蛋白质组、代谢组、多组学研究逐步向生命科学研究的各个领域渗透。尽管，相对于发展迅速的医学等领域，水产科学中对修饰组等较新组学技术的应用起步较晚，但目前已有不少高质量文章发表，这为水产科学研究领域打开了新的研究视角。

本期，小编将为大家带来一篇19年2月发表于质谱权威期刊《Molecular & Cellular Proteomics》的文章，该文章运用琥珀酰化修饰、代谢组，揭示了水产病原菌的琥珀酰化修饰在群体感应与代谢中的关键作用。

Integrated Succinylome Profiling and Metabolomics Reveal Crucial

Role of S-ribosylhomocysteine lyase

in Quorum Sensing and Metabolism of Aeromonas hydrophila 

Molecular & Cellular Proteomics

IF= 5.236

原文链接：

https://www.mcponline.org/content/early/2018/10/23/mcp.ra118.001035

研究背景：

嗜水气单胞菌（Aeromonas hydrophila）是水产养殖中最常见的致病菌之一，能够导致鱼类的出血性败血症。嗜水气单胞菌属于革兰氏阴性菌，其能通过群体感应(Quorum sensing，QS)，诱导的信号分子(Autoinducers，AIs)监控环境中菌体浓度，进而调控其致病性。研究发现，S-核糖基高半胱氨酸裂合酶(S-ribosylhomocysteinelyase，LuxS)的活性在群体感应、生物膜形成、生物发光、毒性和抗生素耐药等方面发挥重要作用，然而翻译后修饰对该蛋白酶的调控机制还未曾报道。

材料：

嗜水气单胞菌ATGCC7966；对照菌株（CK）和 LuxS酶突变菌株（K23R 、K30R、K23E 、K30E）。

技术方法：

琥珀酰化修饰组，代谢组学

技术路线：

实验结果：

1. 赖氨酸琥珀酰化修饰分析

对嗜水气单胞菌ATGCC7966，进行赖氨酸琥珀酰化修饰分析。最终总共鉴定到来源于666个蛋白的2174个赖氨酸琥珀酰化位点。进一步通过motif分析，得到8个保守基序，赖氨酸琥珀酰化序列基序分析表明，不同菌种对底物有共同的偏好。蛋白二级结构预测表明，赖氨酸琥珀酰化可能通过二级结构转换影响蛋白活性，例如：位于蛋白结构内部的赖氨酸位点参与底物酶的结合和催化活性。

亚细胞定位、生物功能及通路注释结果显示赖氨酸琥珀酰化修饰蛋白主要存在于细胞质中，主要参与核心能量代谢、生物合成、翻译过程和底物结合等重要功能。蛋白互作分析表明，嗜水气单胞菌的赖氨酸琥珀酸化蛋白参与到多种代谢途径中，例如：TCA循环，戊糖磷酸途径，糖酵解、糖异生，丙酮酸代谢等。

2. 筛选修饰蛋白进行验证并探究修饰位点功能

进一步，作者对6个候选琥珀酰化蛋白进行验证（LuxS、PkG等），先通过Co-IP富集候选的修饰蛋白，随后利用琥珀酰化抗体进行WB，证明了这些蛋白确实发生了琥珀酰化修饰。随后，作者锁定了一个调节群体感应自诱导剂AI-2的合成酶——LuxS进行深入研究，通过对LuxS的修饰位点K23R与K30R进行突变，研究发现LuxS蛋白的琥珀酰化修饰正调控该蛋白酶的活性，从而促进了AI-2的合成及其与其它细菌间的交流。

3. LuxS位点突变菌株的代谢组分析

作者进一步对LuxS位点突变菌株进行代谢组分析，研究一共检测到271种代谢物。组学结果表明， LuxS蛋白酶影响氨基酸、脂肪酸和硫代谢，LuxS通过可逆调控其K23、K30位点的琥珀酰化状态，巧妙地控制氨基酸、脂肪酸和硫代谢等中心代谢途径。

小编总结：

研究作者利用琥珀酰化修饰组进行分析与筛选，目的是找到感兴趣的蛋白进一步分析。由于酰化修饰对代谢的广泛调节，作者最后也将目标放在一个S-核糖同型半胱氨酸裂合酶（LuxS）上，其首先证明了该酶上的修饰位点对表型的影响。为了进一步揭示其更多潜在功能，作者由进行了代谢组学，发现LuxS上的K30琥珀酰化可能抑制luxs基因在活化甲基循环（amc）的作用，并且k23和k30位点都参与氨基酸代谢。最终，研究揭示了嗜水气蛋白菌中，LuxS酶的赖氨酸琥珀酸化修饰调控着细菌的生长及对外界动态环境的适应机制。

本文是一篇思路简单清晰、逻辑顺畅的文章，值得我们借鉴的是，做完修饰组学之后，锁定目标蛋白，可进一步进行代谢组的分析，这也是提升文章质量的好方法。目前，中科新生命无论在修饰组学还是代谢组学方面，均有专业的技术平台保证，且拥有多篇高水平客户文献，欢迎感兴趣的老师前来咨询。