分享一篇Nature chemical biology上的文章，“TmcA functions as a lysine 2-hydroxyisobutyryltransferase to regulate transcription”，本文的通讯作者来自天津医科大学肿瘤研究所及天津医科大学总医院基础医学院生物化学与分子生物学教研室的张锴教授，该课题的研究领域为蛋白质组学和肿瘤生物学。
蛋白质翻译后修饰(PTM)在调节真核生物中的多种细胞过程和疾病发病机制中起着关键作用，其中组蛋白PTMs在转录调控中尤为重要。而类核蛋白（NAP）在细菌中执行类似的功能。最近有研究表明，NAP上的赖氨酸乙酰化和甲基化，可能会影响细菌DNA结构。然而，NAP上的PTMs的调控机制和生物学影响仍然没有被很好地探索。赖氨酸 2-羟基异丁酰化（Khib）最初是在真核细胞的组蛋白上鉴定的，广泛参与转录和代谢的调节。而之前作者的工作证明了Khib广泛存在于原核生物中，并且证明CobB是一种去Khib修饰的酶，可介导Khib中的水平并且调节大肠杆菌中的糖酵解。然而到目前为止，Khib修饰转移酶在原核生物中依旧没有被发现，并且这种催化修饰本身的生物学意义也没有被探究。由于已知乙酰转移酶 (KAT) 可以催化多种赖氨酸修饰，如乙酰化和琥珀酰化。作者假设KAT也可以催化原核生物中Khib的合成。N-乙酰转移酶（GNAT）被认为是唯一对大肠杆菌中的赖氨酸乙酰化具有酶活性的蛋白质家族。为了确定 GNAT 蛋白是否可以充当Khib修饰转移酶，作者构建了含有18个GNAT家族蛋白的菌株，最终发现TmcA为潜在的Khib修饰转移酶。同时，作者进一步证明了R502 是TmcA对Khib的催化活性的关键位点。
接下来，为了鉴定由 TmcA调控的Khib的内源性底物，作者利用定量蛋白质组学以评估 TmcA 基因缺失对大肠杆菌中底物的Khib水平的相对差异。作者确定了467个受 TmcA 影响的内源性蛋白Khib的位点。其中，作者发现H-NS的K121hib位点，在TmcA KO细胞中显着下调。H-NS是一种重要的NAP，广泛结合DNA调节转录启动子区域，抑制转录从而维持细菌稳态。因此，作者评估并发现H-NS 的K121hib位点会抑制 H-NS与DNA的结合。更有趣的是，作者发现，过表达TmcA和过表达模拟H-NS K121hib突变（H-NS K121Q）的蛋白时，都增加了大肠杆菌在极端酸胁迫下的存活率。为了进一步研究 H-NS K121hib 增强耐酸性的机制，作者在WT、KO H-NS 和互补菌株（H-NS、K121Q H-NS 和 K121R H-NS）的五种菌株中，利用RNA测序（RNA-seq）和逆转录定量PCR（RT-qPCR）进一步证明TmcA可以介导H-NS的K121hib来调节抗酸基因的转录，并最终提高极端酸胁迫下的细菌存活率。
总而言之，本篇文章证明了TmcA在调节大肠杆菌的转录和耐酸性中充当赖氨酸 2-羟基异丁酰基转移酶的功能，该工作为 Khib 介导的细菌转录和酸抗性调节提供了新的见解。
本文作者：LSC
责任编辑：WQW
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41589-021-00906-3.pdf
文章引用：DOI：10.1038/s41589-021-00906-3
