丙二酰化修饰调节2型糖尿病代谢通路关键蛋白的研究

Post-translational modifications (PTMs) of proteins are involved in regulating various biological processes. Lysine malonylation is one of the newly discovered PTMs, but its biological role remains unclear. Our preliminary data revealed that levels of malonylation increase in liver tissues of type 2 diabetes mouse models (db/db, ob/ob and KK), More than two hundreds of liver proteins have been found malonylated in db/db mouse. Functional analysis demonstrated that the malonylated proteins were enriched in multiply metabolic pathways. We hypothesize that malonylation is involved in metabolic disorders of type 2 diabetes. In order to clarify the relationship between malonylation and metabolic disorder of type 2 diabetes, we propose to 1) identifying more malonylated proteins in db/db, ob/ob and KK type 2 diabetic mouse models; 2) running bioinformatics analysis for the identified proteins and validating the malonylated sites; 3) studying the role of malonylation on function of proteins, clarifying weather malonylation is related to metabolic disorders of type 2 diabetes. Taken together, the results of these studies would indicate the role of protein lysine malonylation on type 2 diabetes.

蛋白质的翻译后修饰参与调节多种生物学过程。丙二酰化是新发现的蛋白质修饰，其生理意义尚不清楚。申请人首次发现丙二酰化修饰在3种2型糖尿病模型鼠（db/db, ob/ob和KK）的肝脏组织中显著高于对照鼠，并通过质谱分析在db/db模型鼠中鉴定了两百多个发生丙二酰化修饰的蛋白质，分析发现多个代谢通路的关键蛋白均发生丙二酰化修饰。据此申请人提出了丙二酰化修饰很可能与2型糖尿病的代谢异常相关的假说。为了深入了解丙二酰化修饰与2型糖尿病代谢异常的关系，本申请拟在目前研究的基础上，①继续在db/db、ob/ob、KK等2型糖尿病模型鼠中鉴定发生丙二酰化修饰的蛋白质；②对这些蛋白进行分析，确认其修饰位点并进行验证；③选取若干丙二酰化修饰的代谢通路关键蛋白进行功能研究。研究结果将阐明丙二酰化修饰是否通过调控相关蛋白质的功能而参与2型糖尿病代谢异常，并从蛋白质修饰的角度为防治2型糖尿病提供新的线索和靶点。

糖尿病是严重危害人类健康的重大疾病，其病理生理机制复杂，至今没有对其病因的统一明确的认识。机体物质能量代谢的异常是其重要特征。蛋白质的丙二酰化修饰是近年来发现的新的蛋白质翻译后修饰，其生物学功能在本项目启动时尚不清楚。我们的初步的筛选实验表明蛋白质的丙二酰化修饰在2型糖尿病模型动物肝脏组织中特异性增加，所检测的模式动物包括ob/ob小鼠、db/db小鼠、KKAy小鼠、ob/ob大鼠和自发性糖尿病的恒河猴。这初步建立了蛋白质丙二酰化修饰与2型糖尿病的关系。后期在db/db小鼠中进行的大规模质谱鉴定实验表明丙二酰化修饰大量发生在代谢相关的蛋白质上，与正常C57小鼠相比可以发生丙二酰化修饰的蛋白质和位点在db/db小鼠肝脏组织中都明显增加。结合2型糖尿病代谢紊乱的特征和丙二酰化修饰底物-丙二酰化辅酶A在动物和人组织中增加的报道，我们提出了蛋白质的丙二酰化修饰参与2型糖尿病代谢调控的假说。随后国际同行的两篇报道进一步验证蛋白质的丙二酰化修饰大量发生在代谢相关蛋白上的现象。对特定代谢酶的功能研究也表明蛋白质的丙二酰化修饰可以直接调控代谢酶的活性，再次支持了我们的假说。我们的研究首次报道了蛋白质的新型修饰和人类重大疾病的潜在关系，为阐明2型糖尿病的病理生理机制提供了新的思路和方向。