未知赖氨酸长链脂肪酰转移酶的鉴定和生物功能

Lysine long-chain fatty acylation, as a protein post-translational modification that has been little studied until now, has an important role in regulating protein secretion and cell proliferation in mammals. It has been demonstrated that some sirtuins and HDAC8 can remove this modification, which indicates that this modification is a dynamic, reversible and highly-regulated protein-translational modification. However, it is still unknown about how this modification occurs in vivo. Since the lysine acylation utilizes acyl CoA as the acyl donor, and the long-chain fatty acyl CoA (myristoyl-CoA and palmitoyl-CoA) is difficult to modify the protein directly, it is highly possible that some unknown potential lysine long-chain fatty acyltransferases may catalyze the transfer of long-chain fatty acyl group from long-chain fatty acyl CoA to lysine residues of substrate proteins. Based on the similar enzymatic mechanism, clickable and photo-crosslinkable affinity probes are designed and synthesized to capture and identify the potential lysine long-chain fatty acyltransferases. The discovery of unknown lysine long-chain fatty acyltransferases would provide more insight into the regulation mechanism of this modification, and reveal its important biological functions and its connections with malignant tumor progression, which may benefit the novel therapeutic strategy for malignant tumors.

赖氨酸长链脂肪酰化，作为一个以前很少研究的蛋白翻译后修饰，近几年逐渐受到关注。它不仅调控着哺乳动物细胞蛋白分泌，还影响着细胞生长和增殖。多个去赖氨酸长链脂肪酰化酶的发现，包括sirtuin家族成员和去乙酰酶HDAC8，表明赖氨酸长链脂肪酰化在体内是动态可逆且被严格调控的。然而对于这种蛋白修饰发生环节的认知仍是空白。鉴于酰基化修饰的来源很可能是内源性酰基化CoA辅酶，而长链脂肪酰CoA（豆蔻酰CoA或棕榈酰CoA）很难通过化学反应直接修饰蛋白，所以生命体极有可能存在赖氨酸长链脂肪酰转移酶，将长链脂肪酰从长链脂肪酰CoA转移到底物蛋白赖氨酸侧链上。因此申请人利用酶促反应机理、应用光交联反应和点击化学设计并合成了一系列亲和探针分子，来全面、高效地鉴定未知的赖氨酸长链脂肪酰转移酶，找出这种修饰的正向调控机制，并揭示其更多的生物功能以及在肿瘤恶性演进中的作用，有望为寻找新型的肿瘤治疗方式提供新思路。

赖氨酸长链脂肪酰化不仅调控着哺乳动物细胞蛋白分泌，还影响着细胞生长和增殖。哺乳动物细胞中多个去赖氨酸长链脂肪酰化酶的发现，包括多个sirtuin家族成员和去乙酰酶HDAC8、HDAC11，表明赖氨酸长链脂肪酰化在体内是动态可逆且被严格调控的。然而对于这种蛋白修饰发生环节的认知仍是空白。病原细菌中MARTX毒素RID结构域和三型分泌系统效应蛋白IcsB能对Rho家族小G蛋白进行赖氨酸长链脂肪酰化修饰，这些最新发现证实了自然界中存在赖氨酸长链脂肪酰转移酶，然而哺乳动物细胞是否具有这种转移酶仍是未知。因此申请人利用酶促反应机理、应用光交联反应和点击化学设计并合成了一系列基于长链脂肪酰CoA和赖氨酸多肽的亲和探针分子，来鉴定未知的赖氨酸长链脂肪酰转移酶，找出这种修饰的正向调控机制，并揭示其更多的生物功能以及在肿瘤恶性演进中的作用，有望为寻找新型的肿瘤治疗方式提供新思路。申请人通过探针分子在哺乳动物细胞裂解液里的标记和质谱鉴定，找出了几个潜在转移酶，并对其中一个蛋白P1进行了验证。结果表明转移酶P1在细胞内能够通过赖氨酸长链脂肪酰化修饰影响Ras蛋白在细胞中的分布。此外在A549、HeLa细胞中发现，转移酶P1能够促进癌细胞的增殖。目前正在研究转移酶P1是否通过赖氨酸长链脂肪酰化修饰来影响细胞增殖的机制，和在体外验证转移酶P1是否能够对Ras蛋白进行赖氨酸长链脂肪酰化修饰的酶促反应。.除赖氨酸长链脂肪酰化外，半胱胺酸的棕榈酰化修饰（S-palmitoylation）在众多膜蛋白正常生物学功能中发挥了关键性作用。目前已知23个人源S-棕榈酰基转移酶，构成了DHHC蛋白家族。但是这些蛋白的底物、生物学功能并不清楚，仅有很少一部分被研究。申请人通过研究发现DHHC12调控紧密连接蛋白3（Claudin3，CLDN3）的半胱氨酸棕榈酰化修饰，影响CLDN3蛋白稳定性并促进其细胞膜定位，从而对CLDN3调控卵巢癌恶性进展具有一定的促进作用，这为治疗卵巢癌等CLDN3调控的疾病提供了一个潜在的治疗靶点。