SIRT5是组蛋白去乙酰化酶HDACs家族第三类Sirtuins中的一员， 与家族其他成员不同，它具有极低的去乙酰化酶活性，却可以调控三种新型赖氨酸酰化修饰--琥珀酰化、丙二酰化和戊二酰化。SIRT5的重要的调控功能吸引了科学家广泛的关注，在既往的研究中发现了SIRT5在调控肿瘤代谢[1]、巨噬细胞代谢、炎症反应[2]等领域的新功能。2020年4月，中国科学院水生生物研究所肖武汉研究员团队在The EMBO Journal（IF=11.598）上发表研究成果，揭示SIRT5通过琥珀酰化修饰抑制细胞抗病毒先天免疫反应的新机制[3]（点击查看详细解读）。p53是一种经典的肿瘤抑制因子，超过80%的人类癌症病例涉及到p53的突变和失活。它通过诱导细胞周期阻滞、衰老和细胞凋亡来介导细胞对各种压力的反应，从而维持基因组的稳定性。翻译后修饰 (PTMs) 被认为是调节p53活化的最有效方式。例如北大医学院赵文会组报道p53的3-羟基丁酰化修饰（Kbhb）导致其乙酰化修饰水平降低，下游基因 p21和PUMA表达减少，减弱其肿瘤抑制功能[4]。SIRT5是否及如何调节p53的功能机制尚不清楚。2021年10月12日，肖武汉研究员团队在国际专业学术期刊Cell Death and Differentiation（IF=15.828）上发表最新研究成果，首次报道发生在p53上的琥珀酰化，并揭示了DNA损伤后，SIRT5介导p53蛋白K120位点去琥珀酰化，抑制p53激活和细胞凋亡。景杰生物为该研究提供了蛋白质琥珀酰化修饰泛抗体（PTM-401）。1. SIRT5抑制p53靶基因表达以响应DNA损伤研究人员首先探究了p53是否受SIRT5影响，结果表明SIRT5可以抑制p53的转录活性。SIRT5过表达抑制p53靶基因p21、PUMA、TIGAR、MDM2、PIG3和SFN的表达。进一步的mRNA表达分析和WB结果显示，DNA损伤应激条件下，SIRT5过表达显著抑制p53靶基因p21、PUMA、TIGAR和MDM2的转录水平以及p21和TIGAR的蛋白水平。由此说明，SIRT5抑制p53靶基因表达以响应DNA损伤。通过比较完整SIRT5和缺失SIRT5的HCT116细胞在用5-FU处理后的凋亡比率。流式结果显示，在SIRT5缺失的HCT116细胞中检测到更多的凋亡细胞，表明DNA损伤应激条件下，SIRT5可抑制p53的转录活性和细胞凋亡。图. HCT116细胞中SIRT5抑制p53靶基因表达以应对DNA损伤研究人员进一步探究SIRT5是否通过琥珀酰化抑制p53活性。质谱分析确定了p53上的琥珀酰化位点K120，并证实SIRT5可以诱导该位点发生去琥珀酰化。通过构建突变体分析，发现过表达SIRT5导致WT p53活性显著降低，但对p53-K120R突变体的活性没有明显影响，这表明SIRT5通过催化p53的K120去琥珀酰化来抑制p53转录活性。3、SIRT5抑制p53在其靶基因启动子上的富集
鉴于K120位于p53的DNA结合域内，并且SIRT5不影响p53-K120R活性，研究人员试图确定在响应DNA损伤时，SIRT5是否会影响p53靶基因启动子中的p53富集。qRT-PCR和ChIP分析揭示，SIRT5缺失的HCT116细胞中，p53在p21、PUMA、BAX和MDM2的启动子中显著富集，这表明p53琥珀酰化可促进p53与p53靶基因启动子的结合，而SIRT5介导的p53 K120处去琥珀酰化则会削弱p53在其靶基因启动子中的富集，从而抑制p53转录活性。图. SIRT5可抑制p53在其靶基因启动子上的富集4、DNA损伤后p53靶基因表达和细胞凋亡的抑制依赖于细胞p53
最后，研究人员利用双敲除小鼠(p53-/-Sirt5-/-)实验观察到，p53缺失的情况下，SIRT5缺失对p53靶基因的表达和细胞凋亡没有显著影响，证实DNA损伤后，SIRT5对p53靶基因表达和细胞凋亡的抑制确实由p53介导。并通过电离辐射 (IR) 激发，末端脱氧核苷酸转移酶dUTP标记(TUNEL)染色分析其睾丸、脾脏和肠道，肝脏作为阴性对照，进一步验证了SIRT5对p53功能的影响。图. DNA损伤应激条件下Sirt5缺失促进细胞凋亡总的来说，该研究首次报道了p53上的琥珀酰化对其活性的调节，利用质谱鉴定揭示，DNA损伤后，SIRT5介导p53 K120位点去琥珀酰化，从而抑制p53活化和细胞凋亡。此外，利用双敲除小鼠(p53-/-Sirt5-/-)验证了DNA损伤时SIRT5对p53靶基因表达的抑制和细胞凋亡依赖于细胞p53。
- Xin Yang, et al., 2017, SHMT2 desuccinylation by SIRT5 drives cancer cell proliferation. Cancer Research.
- Fang Wang, et al., 2017, SIRT5 Desuccinylates and Activates Pyruvate Kinase M2 to Block Macrophage IL-1β Production and to Prevent DSS-Induced Colitis in Mice. Cell Reports.
- Liu X, et al., 2020, SIRT5 impairs aggregation and activation of the signaling adaptor MAVS through catalyzing lysine desuccinylation. EMBO reports.
- Kun Liu, et al., 2019, p53 β-hydroxybutyrylation attenuates p53 activity, Cell Death & Disease.
- Liu X, et al., 2021, Repression of p53 function by SIRT5-mediated desuccinylation at Lysine 120 in response to DNA damage. Cell Death & Differentiation.
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邹文安