Metabolic control via protein acylation in Thermus thermophilus

通过嗜热栖热菌中蛋白质酰化的代谢控制

• 批准号: 17J40083
• 负责人: 吉田 彩子
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J40083/
• 关键词: タンパク質アシル化修飾; ロイシン生合成; CoA体代謝; Thermus thermophilus; 短鎖脂肪酸; NAD+/NADH比; 高度好熱菌

①タンパク質アシル化修飾によるロイシン生合成酵素の調節機構網羅的解析から、高度好熱菌Thermus thermophilusのロイシン生合成酵素IPMDHがその活性発現に重要なリジン残基がスクシニル化修飾を受けることがわかっている。スクシニル化によるIPMDHの活性調節機構についても解析を進めたが、スクシニルCoAによって非酵素的にスクシニル化したIPMDHに活性の低下（変化）がみられなかった。また脱スクシニル化酵素の同定はできたが、脱スクシニル化酵素を欠いた株から調製したIPMDHの活性にも変化が見られず、IPMDHが細胞内でスクシニル化修飾される生理的意義は解明されていない。②CoA体代謝関連酵素の調節機構タンパク質アセチル化修飾とNAD+結合タンパク質との相互作用によって活性調節を受けるT. thermophilus由来のCoA transferase（CoAT）について、その活性調節機構の詳細を明らかにするため結晶構造解析を進め、CoATや相互作用タンパク質それぞれの結晶構造の決定に成功した。また、CoATとNAD+結合タンパク質の複合体がNAD+だけでなくNADHも結合し、それぞれに対する親和性が異なることから、細胞内のNAD+/NADH比を感知し、CoAT活性を調節していることを明らかにした。この調節機構が脂肪酸分解経路であるβ酸化への短鎖アシルCoAの供給量を制御し、アシルCoAやNADH生産を通じたエネルギー代謝調節に関わることを提唱した。さらに、短鎖アシルCoA代謝に関わるアシルCoA合成酵素（ACS）ホモログについても機能構造解析を進め、4つあるACSホモログのうち1つはACS活性を示さないにもかかわらず、ある生育環境では生育に必須なことを破壊株、および相補株の解析から示した。また、本ACSホモログについても結晶構造解析を進め、部分構造の決定に成功した。

①通过蛋白质酰化修饰对亮氨酸生物合成酶的调控机制进行综合分析，发现嗜热栖热菌的亮氨酸生物合成酶IPMDH的赖氨酸残基发生了琥珀酰化修饰，这对于其活性的表达具有重要意义。我们还分析了琥珀酰化调节 IPMDH 活性的机制，但在琥珀酰辅酶 A 非酶促琥珀酰化的 IPMDH 中没有观察到活性降低（变化）。此外，虽然我们能够鉴定脱琥珀酰化酶，但从缺乏脱琥珀酰化酶的菌株制备的IPMDH的活性没有观察到变化，并且IPMDH在细胞内被琥珀酰化修饰的生理意义尚未阐明。 ②CoA体内代谢相关酶的调控机制来源于嗜热链球菌的CoA转移酶（CoAT）的晶体结构，其活性通过蛋白质乙酰化修饰以及与NAD+结合蛋白的相互作用来调节，以进一步阐明其活性调控机制的细节。通过分析，他们成功确定了 CoAT 和相互作用蛋白质的晶体结构。此外，CoAT 和 NAD+ 结合蛋白的复合物不仅结合 NAD+，还结合 NADH，两者具有不同的亲和力，这表明它可以感知细胞内的 NAD+/NADH 比率并调节 CoAT 活性。我们提出，这种调节机制控制短链酰基辅酶A向β-氧化（脂肪酸降解途径）的供应，并通过产生酰基辅酶A和NADH参与能量代谢的调节。此外，我们对参与短链酰基辅酶A代谢的酰基辅酶A合酶（ACS）同源物进行了功能结构分析，尽管四种ACS同源物之一不表现出ACS活性，但它在某些被破坏的生长环境中生长。和互补菌株表明这对于我们还对该ACS同系物进行了晶体结构分析，并成功确定了其部分结构。

项目成果

Structural Insights into the CotB2-Catalyzed Cyclization of Geranylgeranyl Diphosphate to the Diterpene Cyclooctat-9-en-7-ol

• DOI: 10.1021/acschembio.7b00154
• 发表时间: 2017-06-01
• 期刊: ACS CHEMICAL BIOLOGY
• 影响因子: 4
• 作者: Tomita, Takeo;Kim, Seung-Young;Kuzuyama, Tomohisa
• 通讯作者: Kuzuyama, Tomohisa

アミノ酸生合成酵素の機能と調節機構に関する研究

氨基酸生物合成酶的功能及调控机制研究

• 发表时间: 2019
• 作者: Ayako Yoshida;Hiroyuki Yamamoto;Takeo Tomita;Minoru Yoshida;Saori Kosono;Tomohisa Kuzuyama;Makoto Nishiyama;吉田彩子
• 通讯作者: 吉田彩子

CoA transferase from Thermus thermophilus is regulated by protein acetylation and protein interaction

来自嗜热栖热菌的 CoA 转移酶受蛋白质乙酰化和蛋白质相互作用的调节

• 发表时间: 2018
• 作者: Ayako Yoshida;Hiroyuki Yamamoto;Takeo Tomita;Minoru Yoshida;Saori Kosono;Makoto Nishiyama
• 通讯作者: Makoto Nishiyama

高度好熱菌における代謝酵素のアシル化修飾による調節機構

超嗜热细菌代谢酶酰化修饰的调节机制

• 发表时间: 2017
• 作者: 千葉洋子;島村繁;吉田彩子;西山真;高井研;吉田彩子
• 通讯作者: 吉田彩子

高度好熱菌由来短鎖脂肪酸代謝酵素の調節機構

超嗜热菌短链脂肪酸代谢酶的调控机制

• 发表时间: 2019
• 作者: Ayako Yoshida;Hiroyuki Yamamoto;Takeo Tomita;Minoru Yoshida;Saori Kosono;Tomohisa Kuzuyama;Makoto Nishiyama;吉田彩子
• 通讯作者: 吉田彩子