YiaC e CobB regulam a lactilação de lisina em Escherichia coli

Jun 18, 2023

Nature Communications volume 13, Número do artigo: 6628 (2022) Citar este artigo

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Recentemente, foi relatado que a lactilação da lisina (Kla) participa da regulação da transcrição em células humanas. No entanto, a caracterização, o mecanismo regulador e a consequência funcional de Kla em procariotos permanecem obscuros. Aqui, relatamos que YiaC funciona como uma lisina lactilase e que CobB atua como uma lisina delactilase na regulação do metabolismo. Demonstramos que YiaC catalisa a adição de Kla, enquanto CobB apaga este PTM tanto in vitro quanto intracelularmente. Além disso, mostramos que o YdiF pode catalisar a formação de uma lactil-coenzima A, que doa o grupo lactil para Kla. A análise proteômica quantitativa revela ainda 446 locais Kla endógenos direcionados por CobB e 79 candidatos direcionados por YiaC em Escherichia coli (E. coli). Além disso, apresentamos que Kla pode influenciar as funções de enzimas metabólicas. Curiosamente, demonstramos que CobB pode modular especificamente a atividade de PykF regulando K382la, promovendo a glicólise e o crescimento bacteriano. Nosso estudo identifica as enzimas reguladoras e a rede funcional de Kla e revela um mecanismo molecular mediado por Kla catalisado por CobB para a regulação da glicólise em E. coli.

A modificação pós-translacional (PTM) é um elemento-chave na regulação das funções das proteínas e desempenha um papel vital na modulação de diversas funções celulares e na progressão da doença em eucariotos1,2. Além disso, evidências crescentes indicam que os PTMs também desempenham uma função importante em procariotos. Por exemplo, a acetilação da lisina (Kac) regula a virulência bacteriana3, a quimiotaxia4 e a estabilidade de proteínas5,6. Recentemente, descobrimos que a lisina 2-hidroxiisobutirilação (Khib) estava envolvida na regulação do metabolismo bacteriano, transcrição e resistência a antibióticos7,8,9,10. No entanto, a compreensão da função e do mecanismo regulador dos PTMs em procariontes permanece limitada.

A lactilação de lisina (Kla) foi recentemente relatada como um tipo recém-identificado de PTM em histonas humanas para regular a polarização e estados de macrófagos11,12,13,14. Estudos posteriores mostraram que o Kla nas histonas pode influenciar a reprogramação metabólica celular durante a diferenciação de células-tronco pluripotentes e no câncer de pulmão de células não pequenas15,16, pode conduzir a oncogênese e está associado à excitação neural17,18 por meio da regulação da transcrição gênica. Além disso, Kla na proteína não histona HMGB1 demonstrou promover a liberação exossomal na sepse polimicrobiana19. De acordo com os dados, Kla foi relatada em eucariontes, incluindo humanos, camundongos, arroz e Botrytis cinerea11,18,20,21. No entanto, ainda não está claro se Kla existe em procariotos e quais papéis essas modificações não descobertas de Kla podem desempenhar.

Acredita-se que as mudanças dinâmicas dos PTMs com o tempo e espaço sejam eventos biológicos importantes, modulando a função das proteínas em diversos processos celulares. PTMs reversíveis são geralmente regulados por dois tipos de enzimas que adicionam ou removem especificamente PTMs. Por exemplo, as lisina acetiltransferases (KATs) e as lisina desacetilases (KDACs) têm sido extensivamente relatadas como catalisando diversas acilações ou desacilações1,22,23,24. Para Kla, o P300 funciona como a lactilase potencial e as histonas desacetilases de classe I (HDAC1‒3) atuam como delactilases11,25. No entanto, as enzimas reguladoras de Kla em procariotos ainda são desconhecidas.

Aqui, traçamos o perfil do proteoma Kla em Escherichia coli (E. coli) MG1655, identificamos o gravador e apagador para Kla e ilustramos o efeito mediado por Kla na glicólise e crescimento bacteriano. Identificamos YiaC como uma lactilase e CobB como uma delactilase por triagem de cepas com proteínas da família N-acetiltransferase (GNAT) relacionadas a GCN5 superexpressas e CobB. Além disso, revelamos que YiaC e CobB podem catalisar a adição e remoção da lactilação da lisina, respectivamente, tanto in vitro quanto intracelularmente. Em seguida, realizando a marcação de isótopos estáveis ​​por aminoácidos em cultura de células (SILAC) baseada em abordagem proteômica quantitativa, identificamos 79 sítios Kla endógenos potencialmente regulados por YiaC e 446 candidatos Kla visados ​​por CobB. Identificamos um total de 1047 sítios Kla em 478 proteínas em E. coli MG1655 e mostramos que as proteínas lactiladas estavam principalmente relacionadas ao metabolismo. Demonstramos ainda que CobB pode apagar PykF K382la para aumentar a glicólise e promover o crescimento de E. coli. Em resumo, este estudo identifica o sistema de enzimas reguladoras para Kla em bactérias, traça o perfil das proteínas de substrato endógenas de Kla e ilustra o mecanismo molecular da regulação da glicólise mediada por Kla.