自发高效的非酶催化蛋白修饰新机制

　　去酰化修饰的酶，主要是SIRT家族，共7个成员，其中，SIRT123主要负责去乙酰化修饰，而SIRT5主要去除苹果酰修饰（malonylation）、琥珀酰修饰（succinylation）、戊二酰化修饰（glutarylation），而SIRT6主要负责去除更长链的酰基修饰。SIRT家族是烟酰胺单核苷酸（nicotinamideadeninedinucleotide，NAD）依赖的去酰化酶，影响NAD含量的过程皆可以影响SIRT活性，进而影响蛋白质酰基修饰，进而影响蛋白质功能。这些过程包括衰老、肥胖、脂肪肝、糖尿病、动脉粥样硬化都可以降低NAD含量，而限制饮食和锻炼则可以增加NAD含量。
　　乙酰化修饰不需要酶催化，可在碱性环境下自发进行，比如线粒体基质PH较高，所以很多线粒体基质蛋白都容易被乙酰化修饰。近日，cellmetabolism杂志上，来自杜克大学的研究团队报道，利用定量蛋白质组学、体外生化反应以及代谢物组学发现末端是酸性基团的酰基辅酶A更容易修饰蛋白的赖氨酸的氨基，包括琥珀酰修饰（succinylation）、戊二酰修饰（glutarylation）、羟甲基戊二酰修饰（HMGylation）以及甲基戊二酰修饰（MGylation），如图1所示。乙酰化修饰在碱性条件下（PH8）进行，而琥珀酰修饰可以在PH58之间都可以。而且，通过对乙酰化和琥珀酰化蛋白的定量比较发现，琥珀酰更容易修饰蛋白，甚至不需要用抗体富集，便可以用质谱检测到修饰的肽段。
　　图1末端是酸性的酰基辅酶A
　　琥珀酰不稳定，分子内部裂解，产生自由CoA和酸酐。首先，为了证明琥珀酰辅酶A可以产生自由辅酶A，作者通过用DTNB（5，5’dithiobis〔2nitrobenzoicacid）与自由CoA反应，监测琥珀酰辅酶A产生的自由辅酶A是乙酰辅酶A的10倍，琥珀酰辅酶A的半数生存期大约70分钟，而乙酰辅酶A基本稳定。然后，作者利用1HNMR检测酸酐产生，利用Glycinetrapping的原理，即，甘氨酸只和酸酐反应而不和巯基反应，通过检测琥珀酰辅酶A与甘氨酸反应是否生成琥珀酰甘氨酸，则可以判定琥珀酰辅酶A是否自己裂解产生琥珀酸酐。
　　图2琥珀酰辅酶A裂解为酸酐模式图
　　为了进一步证明酸酐修饰蛋白更有效，用同样的方法和技术，作者证明戊二酰辅酶A（glutarylCoA）、甲基戊二酰辅酶A（3methylglutaryl（MG）CoA）以及羟甲基戊二酰辅酶A（3hydroxy3methylglutarylCoA）都是通过分子内裂解成酸酐，进而修饰蛋白质的赖氨酸（lysine）所以，修饰强度和速度较大。而苹果酰修饰则不同，苹果酰辅酶A不能自己裂解产生酸酐，所以，苹果酰修饰相对较弱。
　　为了开发方法用来鉴定体内修饰的羟甲基戊二酰修饰蛋白，作者首先合成HMG修饰的BSA，用修饰的BSA免疫大鼠，收集大鼠血清，即得到抗议识别HMG修饰。HMGCoA主要在线粒体产生，所以作者分离小鼠的线粒体，用HMG抗体富集，对富集得到的蛋白进行定量蛋白质组学，便得到HMG修饰的靶标蛋白，如图3所示。
　　图3HMG修饰蛋白的富集和鉴定示意图