“剪刀手”磷酸化 | Cell Rep揭示磷酸化对脂质代谢和脂肪酰基链长度的调控作用

景杰学术 | 报道

脂质代谢在所有有机体的结构、动态变化、稳态调控和信号转导过程中都发挥着重要作用，其通过一个复杂宏观的代谢网络将数千种脂质分子联系在一起。科学家们业已揭示出很多与脂质合成相关的酶，以及某些独立的脂质稳态调控过程。然而，有一些专用信号通路，当它们感知到细胞内营养供给变化或外界环境改变时，会联合胞内多层/多种的脂质代谢通路进行系统性调节，以此实现对这种变化的响应，但目前缺乏对这种系统性调节的全面研究。

近日，来自丹麦、德国和澳大利亚的科学家们联合在著名学术期刊Cell Reports上发表论文，基于高分辨质谱的磷酸化修饰组学，探讨了酵母菌生命周期的四个关键阶段中磷酸化修饰对脂质代谢过程的整体调控作用，表明磷酸化修饰不仅可以通过影响酶活对脂质代谢过程进行调节，还可以发生在脂肪酸合成酶（FAS）功能位点上以改变脂肪酰基链长度。

文献速读

1、酿酒酵母生命周期的磷酸化谱图

酵母菌作为一种易获取易培养的真菌，无疑成为系统研究脂质代谢对个体发育调节作用的代表性样本。作者分别对酿酒酵母的四个主要生长阶段（培养6h、12h、20h、48h）（样本策略）进行了磷酸化修饰组学检测（质谱策略），共鉴定到2,200多个蛋白所包含的14,000多个磷酸化修饰肽段。值得注意的是，相对于培养6h的酵母样本，有7,922个肽段的磷酸化水平在12h、20h、48h阶段中发生了2倍以上的变化。经过分析，作者发现这些修饰有97%发生在丝氨酸/苏氨酸位点，只有3%发生在酪氨酸位点（图 1）。

图1 酿酒酵母不同生命周期的磷酸化蛋白鉴定

2、营养感应介导的生长阶段特异性磷酸化信号特征

为了评判酿酒酵母特定生长阶段的磷酸化事件是否与某些独特的信号通路相关，研究者进行了序列富集和激酶预测等分析。结果发现，每一个酿酒酵母的独特生长阶段都呈现出激酶、磷酸酶的分布特异性和序列偏好性（图 2）。

图2 营养感应介导的酿酒酵母生长阶段特异性磷酸化信号特征

3、磷酸化介导了脂质代谢网络重构

考虑到信号通路和脂质调节之间的关联性，作者对不同生命周期的脂质代谢网络磷酸化程度进行了评估。在146种脂代谢酶和调节因子中，共发现63个（43%）蛋白上面的285个不同的磷酸化位点。值得注意的是，其中50个磷酸化蛋白的磷酸化发生了显著变化。此结果说明，至少34%的脂质代谢是受到了磷酸化调节的，其中包含了一些知名的脂质代谢调节酶，如磷脂胞苷基转移酶Cds、FAS复合物Fas2的α亚基、长链碱基激酶Lcb5、PS合酶Cho1和鞘脂合成调节分子Orm2等。

为了进一步探索这些蛋白上面的磷酸化位点是否对脂质代谢调节具有显著影响，作者设计了一种策略，通过点突变的方式对以上五个蛋白的所有磷酸化位点进行正向模拟和反向突变。结合生理表型分析，作者最终发现FAS突变对酿酒酵母的生长影响最为剧烈（图 3）。

图3 磷酸化介导了脂质代谢网络重构

除此之外，为了进一步确定关键磷酸化位点的突变是否能够通过调节脂质代谢活动来影响表型，作者进行了全面的脂质组学研究。之后，又通过同位素标记的方法，作者最终发现，磷酸化修饰能够通过影响Cho1和Cds酶的活性，改变它们调节的脂质代谢过程，而脂肪酸合成酶（FAS）复合物上的磷酸化功能位点则对脂肪酰基链长度产生显著影响。

小结与展望

该研究探讨了磷酸化修饰对酵母菌生长过程中脂质代谢的整体调控作用。本文不仅鉴定到50个与脂质代谢相关的蛋白在酵母不同的生理阶段发生磷酸化修饰的显著改变，还鉴定到磷脂酰转移酶Cds1、磷脂酰丝氨酸合酶Cho1和脂肪酸合成酶（FAS）复合物上的磷酸化功能位点对脂质代谢过程和酿酒酵母生长表型的影响，证实脂肪酰基链长度受到FAS磷酸化调控。

参考文献：

Fernando Martınez-Montanes, et al., 2020. Phosphoproteomic analysis across the yeast life cycle reveals control of fatty acyl chain length by phosphorylation of the fatty acid synthase complex, Cell Reports.

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