mSystems | 医科院皮肤病研究所首次揭示白念珠菌中巴豆酰化修饰的生物学角色

景杰学术 | 报道

白念珠菌 (Candida albicans) 是一种广泛分布于自然界中的酵母样真菌，又称白假丝酵母菌。在人体，主要存在于口腔、上呼吸道、肠道等部位，是临床上引起真菌感染的主要条件致病菌之一。病原体的致病性主要取决于白念珠菌的数量、毒力、入侵途径以及机体的免疫抵抗能力等因素。当机体抵抗力降低或菌群失调时，白念珠菌可导致机体浅表及深部的白念珠菌病乃至菌血症。随着广谱抗生素和免疫抑制剂在临床上的广泛应用，导致白念珠菌株易形成具有自我保护功能的生物膜 (biofilm)，从而使得白念珠菌感染率和耐药现象也呈现逐渐增多趋势，造成巨大的医疗和社会负担。如何全面地了解白念珠菌的发病、感染、耐药机制，助力开发治疗白念珠菌的特效药，成为了临床迫切需求。

2021年1月26日，中国医学科学院皮肤病研究所真菌科主任刘维达教授/李筱芳教授 (通讯作者)，周晓伟 (第一作者) 等人，在美国微生物学会旗下期刊mSystems (IF=6.633) 上，在线发表了题为“Systematic Analysis of the Lysine Crotonylome and Multiple Posttranslational Modification Analysis (Acetylation, Succinylation, and Crotonylation) in Candida albicans”的研究文章 [1]。他们以蛋白质翻译后修饰、表观遗传为切入点，利用景杰生物独有的巴豆酰化修饰组学技术，首次系统性地鉴定了白念珠菌中巴豆酰化蛋白质，尤其对组蛋白上的巴豆酰化位点做了详尽的功能分析；在此基础上，研究人员还将此次研究中的巴豆酰化修饰组学数据与课题组此前已发表的乙酰化、琥珀酰化修饰组学数据 [2, 3] 进行了多修饰联合分析，描绘了白念珠菌蛋白质功能的调控网络。

一、在白念珠菌中鉴定巴豆酰化蛋白质

利用景杰生物的巴豆酰化修饰组学技术（质谱策略），研究人员首次在白念珠菌9,038个蛋白质中共鉴定到了1,584个巴豆酰化蛋白质以及5,242个赖氨酸巴豆酰化修饰位点。其中，748个巴豆酰化蛋白质 (47.2%) 只有1个巴豆酰化修饰位点，而66个巴豆酰化蛋白质 (4.2%) 有超过10个巴豆酰化修饰位点，比如，热休克蛋白90 (heat shock protein 90, HSP90) 就有41个巴豆酰化位点。结合已发表数据，研究人员发现白念珠菌的巴豆酰化修饰水平 (蛋白质/位点) 明显高于乙酰化、琥珀酰化修饰水平。并且，有177个巴豆酰化蛋白质同时也发生了乙酰化、琥珀酰化。

图1 白念珠菌中蛋白质巴豆酰化、乙酰化、琥珀酰化修饰情况

二、白念珠菌巴豆酰化蛋白质的功能分析

在对所鉴定到的巴豆酰化蛋白质进行GO功能注释分析后，研究人员发现，849个 (53.6%) 巴豆酰化蛋白质参与细胞新陈代谢过程，792个 (50%) 参与细胞过程相关功能；477个 (30.1%) 、300个 (18.9%) 巴豆酰化蛋白质与细胞器和细胞膜功能相关。另外，757个 (47.8%) 、723个 (45.6%) 巴豆酰化蛋白质分别参与结合和催化功能。随后的功能富集分析表明，白念珠菌中巴豆酰化蛋白质显著富集于核糖体合成，蛋白质翻译和新陈代谢代谢等生理过程；亚细胞定位分析显示，绝大多数巴豆酰化蛋白质 (676个；42.7%) 位于细胞核，而310个巴豆酰化蛋白质定位于线粒体；蛋白结构域富集分析鉴表明，参与一碳代谢和氨基酸生物合成的巴豆酰化位点分别为534个、478个。除此之外，研究人员还进行了KOG分类、KEGG通路富集、修饰位点motif分析等生物信息学分析。

图2 白念珠菌巴豆酰化蛋白质的生物信息学分析

三、白念珠菌中多种蛋白质翻译后修饰联合分析

考虑到蛋白质翻译后修饰在表观遗传调控过程中的重要作用，并且，已有报道指出H3K56与白色念珠菌的致病性有关。于是接下来，研究人员结合此前的研究数据，对白念珠菌组蛋白的修饰情况做了详尽分析：H2B.1 (K16, K17, K22, K46, K111)，H3.3 K56和H4 (K6, K93) 同时发生了乙酰化和巴豆酰化修饰，而H2B.1 (K82, K88)，H2B.2 (K82, K88) 和H4K79则能同时发生琥珀酰化和巴豆酰化修饰，暗示着白念珠菌中复杂的基因调控机制。随后，通过蛋白质互作网络分析，研究人员还将与897个巴豆酰化蛋白质相互作用的蛋白质分成了60个蛋白质功能簇，描述了巴豆酰化修饰、乙酰化修饰、琥珀酰化修饰对白念珠菌功能的广泛调控作用。

图3 蛋白质翻译后修饰对白念珠菌蛋白质功能调控的网络分析

本文也是继研究人员在白念珠菌中系统性揭示蛋白质乙酰化、琥珀酰化的重要功能后，首次利用巴豆酰化修饰组学进一步深入挖掘蛋白质翻译后修饰对白念珠菌的潜在调控意义，让我们对这白念珠菌的生理学功能有了广泛的认识。

主要作者简介

刘维达教授，现任中国医学科学院皮肤病医院（中国医学科学院皮肤病研究所）真菌科主任、中国医学科学院病原微生物菌（毒）种保藏中心副主任兼真菌中心主任，江苏省皮肤病与性病学分子生物学重点实验室课题组PI。兼任中国中西医结合学会皮肤性病专业委员会顾问，全国科学技术名词审定委员会皮肤病和性病学名词编写委员会委员，世界华人医师协会皮肤科医师协会常务委员，中国微生物学会真菌学专业委员会副主任委员，中华预防医学会皮肤性病分会常委，中国中西医结合学会皮肤性病专业委员会顾问，中国菌物学会第六届理事会副理事长，亚太地区医学真菌学理事会理事真菌学理事会理事，Mycopathologia 编委，Journal of the American Academy of Dermatology 中文版副主编，《英国皮肤科学杂志（BJD）》中文版副主编，mycoses 副主编。

李筱芳教授，现任中国医学科学院皮肤病医院（中国医学科学院皮肤病研究所）主任医师，江苏省皮肤病与性病学分子生物学重点实验室课题PI。中华预防医学会生物资源管理与利用研究分会委员，江苏省医学会微生物与免疫学分会委员，中国医师协会皮肤科分会真菌学组委员，中华医学会皮肤性病学分会真菌学组委员，江苏省医学会皮肤性病分会真菌学组委员，江苏省医师协会皮肤科医师分会感染性疾病学组副组长。

周晓伟，现任中国医学科学院皮肤病医院（中国医学科学院皮肤病研究所）、江苏省皮肤病与性病学分子生物学重点实验室助理研究员。

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参考文献：

1. Zhou X et al., 2021. Systematic Analysis of the Lysine Crotonylome and Multiple Posttranslational Modification Analysis (Acetylation, Succinylation, and Crotonylation) in Candida albicans. mSystems.

2. Zhou X et al., 2016. Systematic analysis of the lysine acetylome in Candida albicans. J Proteome Res.

3. Zheng H, et al., 2016. Systematic analysis of the lysine succinylome in Candida albicans. J Proteome Res.

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