[发明专利]蛋白质赖氨酸乙酰化修饰对代谢的调控及其应用

说明书

技术领域

本申请涉及生物技术领域。具体地说，本申请涉及通过蛋白质(如酶)赖氨酸乙酰化修饰对代谢的调控及其应用。

背景技术

乙酰化修饰是通过乙酰基转移酶(Acetyltransfearases)将乙酰基团加到蛋白质内部赖氨酸残基的ε-NH₂上，通过去乙酰化酶(Deacetylases)移去乙酰基团，是一种可逆的动态的修饰，通过改变被修饰蛋白质的电荷和空间结构来改变蛋白活性(Yangand Seto 2007)。自1958年第一次在组蛋白上发现乙酰化修饰以来，有将近200种蛋白质被发现并实验证实有乙酰化修饰，包括许多重要的转录调控因子，如p53、RB、NF-κB、E2F1和HIF-1α等，因而乙酰化修饰参与调控细胞凋亡、亚细胞定位、DNA和蛋白质相互作用、DNA复制和修复、DNA转录活性及蛋白质稳定性等众多重要的生命活动，乙酰化修饰逐渐被认为是一种重要的翻译后修饰而被广泛研究。

近年来，人们采用质谱和免疫沉淀等新技术与新方法研究鼠肝线粒(Kim SC，S.R.et al.2006)和人肝组织乙酰化修饰的底物蛋白，筛选得到一系列的乙酰化底物蛋白，发现乙酰化修饰同生物体内的各种代谢酶类的活性调控密切相关，并且在体外和体内试验都证明了这一点。同样，在原核生物中也发现乙酰化修饰同代谢酶类的活性密切相关。

真核生物的乙酰化酶与去乙酰化酶

真核生物蛋白质的乙酰化最先在酵母(Yeast)等模式生物的组蛋白中被发现。乙酰化的生物功能最先被确定为调节组蛋白的结构进而影响相关基因的转录。参与组蛋白乙酰化修饰的调节酶分为乙酰基转移酶(Histone acetyltransferase，HATs)和组蛋白去乙酰化酶(Histone Deacetylase，HDACs)。其中HATs包括P300、CBP、GCN5等。已知的HDACs有多种，在调节细胞组蛋白乙酰化的过程中有不同的功能。HDACs的共同特征是受一类抑制剂TSA(Tricostatin A)及其类似物小分子的抑制。

乙酰化后来被发现也修饰组蛋白之外的蛋白。P53是最先被发现的受乙酰化调控的非组蛋白转录调控因子之一。后来陆续发现的其他很多转录调控因子活性也受乙酰化修饰调控。和组蛋白一样，转录调控因子也是核内蛋白，它们的乙酰化与去乙酰化也是受到HATs与HDACs的调控。

在对酵母的代谢研究过程中人们发现酵母的代谢也受到乙酰化修饰的调控。参与酵母乙酰化修饰的乙酰化酶包括GCN5等，而其去乙酰化酶则是一类与HDACs完全不同的酶，其中最著名的去乙酰化酶是Sir2。Sir2参与的去乙酰化过程需要NAD⁺与乙酰辅酶A(Acetyl-CoA)的参与，Zn²⁺离子也是必不可少的辅基。TSA等抑制组蛋白去乙酰化酶的抑制剂不能抑制Sir2的酶活力，其去乙酰化产物之一的NAM(nicotimamide)则被通常用于抑制Sir2的催化活力。调节Sir2活力可以明显影响酵母代谢活性。

在人鼠等脊椎动物细胞内发现了至少7个Sir2蛋白的类似物，分别被命名为SirT1-7。尽管到目前它们是否都具有去乙酰化酶活力还没有完全被确定，但是至少可以肯定它们都与细胞能量代谢相关，它们的酶活力也都能够被NAM所抑制。目前开发的很多NAM分子结构类似物不但可以抑制SirT，还能够对一些SirT具有特异性。

通过抑制剂或激活剂调节HATs，HDACs与SirT活力可以调节细胞的能量代谢与细胞分裂，用于治疗包括肿瘤、延长寿命及减缓衰老等医用目的。已经用于临床与实践的SirT1激活剂包括Resveraltol，用于肿瘤治疗的HDACs抑制剂等。

原核生物的乙酰化酶与去乙酰化酶

乙酰-CoA合成酶(Acetyl-Coenzyme Synthetases，ACS)是原核生物中发现的第一个受乙酰化修饰调控的代谢酶(V.J.Starai 2002)，此后在原核生物中又发现Escherichia coli的趋化调节蛋白CheY(Barak R 2004)和古细菌硫矿硫化叶菌P2的染色质蛋白Alba(Stephen D.Bell 2002；Victoria L.Marsh 2005)等也是受赖氨酸的乙酰化修饰调控。其中，以对Salmonella enterica的ACS研究最为透彻，并且在真核生物的ACS中也得到了印证。