Cell Reports | 巩孝帝等揭示植物分子伴侣HYPK调控NatA及蛋白质周转和干旱胁迫响应的分子机制

责编 | 王一

高等真核生物中超过80%的蛋白质都存在N末端乙酰化(N-terminal acetylation)修饰。这种普遍存在的蛋白质修饰主要由附着在核糖体上的N末端乙酰基转移酶 (N-terminal acetyltransferases, Nats) 以共翻译方式进行催化。N末端乙酰化能够影响蛋白质的多种行为，例如亚细胞定位、蛋白质折叠和蛋白质-蛋白质互作等。近期在人、果蝇、酵母、拟南芥和水稻中的研究表明，新生肽链的N末端乙酰化可以遮蔽蛋白质N末端，使其免于被降解识别子(N-recognin)识别，从而调控真核生物蛋白质组的稳定性。在已鉴定到的Nats中，NatA复合体 (包含催化亚基NAA10和辅助亚基NAA15) 负责对N末端为MA、MS、MG和MT等起始的新生肽链在起始甲硫氨酸 (iMet) 被甲硫氨酸氨肽酶 (MetAP) 切除后的N末端进行乙酰化修饰，约占高等真核生物蛋白质组的40%。研究表明NatA与人类癌症和阿尔兹海默症的发生以及植物对生物非生物胁迫的响应紧密相关。NatA活性丧失和降低会导致体内蛋白质稳态的紊乱，从而造成机体生长发育严重受损甚至死亡，同时也改变了机体对体内和环境信号的响应。因此研究NatA的调控机制对于攻克重大疾病和培育高产抗逆作物具有重要意义。然而，目前真核生物中NatA的调控机制仍不清楚。

近日，海德堡大学Markus Writz团队在Cell Reports期刊发表题为HYPK controls stability and catalytic activity of the N-terminal acetyltransferase A in Arabidopsis thaliana的研究论文（巩孝帝博士为第一作者），揭示了模式植物拟南芥中分子伴侣Huntingtin yeast partner K (HYPK) 调控NatA以及影响植物干旱抗性和蛋白质组稳定性的分子机制。

研究人员利用CRISPR/Cas9创制了HYPK功能完全缺失突变体hypk-cr1和编码缺失N末端α螺旋但是保留C末端Ubiquitin-associated (UBA) 结构域蛋白质的hypk-cr2突变体。表型分析发现，功能缺失突变体hypk-cr1表现出明显的生长发育缺陷，而hypk-cr2表现出居中表型。蛋白质互作和N末端乙酰化修饰组学表明，虽然截短的hypk-cr2仍可以与NatA形成稳定复合体，但hypk-cr2突变体中NatA介导的N末端乙酰化水平仍然处于较低水平。从而表现出和功能完全缺失突变体hypk-cr1类似的蛋白质周转加速，并显示出明显的干旱抗性。进一步分子生物学实验和遗传互补实验表明，HYPK的C末端的UBA结构域与NatA的互作能够稳定NatA复合体，并表现出组织特异性；而N末端的α螺旋则对于NatA酶活的正常发挥起到关键作用。另外，通过分析hypk-cr1和nata的双突变体表明，HYPK除了影响NatA的复合体稳定性之外，还通过非蛋白质稳定性依赖 (stability-independent manner) 的其它机制调控NatA的酶活。

综上，该研究利用模式植物拟南芥，揭示了HYPK调控NatA以及蛋白质周转和干旱胁迫响应的分子机制。鉴于NatA和HYPK在进化过程中的高度保守性，该报道对于进一步研究NatA在人类疾病和农作物的环境适应性等的调控作用具有重要意义。

图1 拟南芥HYPK调控NatA复合体的稳定性和催化活性

海德堡大学Markus Writz团队的巩孝帝博士为该论文的第一作者，海德堡大学的Markus Writz博士为通讯作者。海德堡大学的Irmgard Sinning、法国Institute for Integrative Biology of the Cell 的Carmela Giglione以及山东农业大学的王永红教授也参与了该研究。该工作得到德国German Research Foundation (DFG)以及French National Research Agency (ANR)的支持。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124724000962?via%3Dihub