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食物中含有大量的乙酰化修飾蛋白，但目前尚不清楚帶有乙酰化修飾的蛋白質(zhì)被攝食后，其乙酰化修飾的賴(lài)氨酸殘基是否會(huì)以乙酰賴(lài)氨酸的方式直接被吸收進(jìn)入動(dòng)物體。乙酰化修飾的賴(lài)氨酸是一種存在于人體外周血的物質(zhì)，其生物學(xué)功能尚無(wú)相關(guān)報(bào)道。

2024年12月4日，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院王玉剛課題組與郭雨松課題組合作，在Advanced Science期刊上在線(xiàn)發(fā)表了文章Co-Translational Deposition of N⁶-Acetyl-L-Lysine in Nascent Proteins Contributes to the Acetylome in Mammalian Cells，揭示了食物蛋白來(lái)源的乙酰賴(lài)氨酸（AcK）直接參與蛋白質(zhì)翻譯的過(guò)程，產(chǎn)生帶有乙酰化修飾的新生蛋白質(zhì)，調(diào)控哺乳動(dòng)物細(xì)胞的蛋白質(zhì)乙酰化修飾圖譜。

該研究發(fā)現(xiàn)：哺乳動(dòng)物在攝入乙酰化修飾的食物蛋白后，經(jīng)消化產(chǎn)生乙酰賴(lài)氨酸，隨外周血循環(huán)進(jìn)入到細(xì)胞內(nèi)，被細(xì)胞內(nèi)的賴(lài)氨酰tRNA合成酶（KARS）“誤認(rèn)為”底物，催化產(chǎn)生乙酰賴(lài)氨酰tRNA。后者將乙酰賴(lài)氨酸直接插入新生多肽鏈，在蛋白質(zhì)翻譯過(guò)程中直接將乙酰基團(tuán)引入新生多肽，產(chǎn)生帶有乙酰化修飾的新生蛋白。這種修飾方式發(fā)生在蛋白質(zhì)翻譯的過(guò)程中，因此作者將這種蛋白質(zhì)修飾產(chǎn)生的方式命名為蛋白質(zhì)共翻譯修飾（co-translational modification, coTM）。

自蛋白質(zhì)修飾現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，蛋白質(zhì)翻譯后修飾（post-translational modification, PTM）一直被認(rèn)為是生命體內(nèi)“唯一”的酶催化的修飾模式。PTM依賴(lài)于成熟的修飾酶與修飾底物蛋白之間的相互作用，因此PTM只能發(fā)生在底物蛋白的結(jié)構(gòu)表面。然而coTM修飾發(fā)生在新生多肽鏈合成階段，形成于被修飾蛋白空間結(jié)構(gòu)形成之前，其修飾位點(diǎn)不受空間位置的限制，因此作者在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)現(xiàn)了coTM介導(dǎo)的賴(lài)氨酸乙酰化修飾。蛋白質(zhì)共翻譯修飾（coTM）和蛋白質(zhì)翻譯后修飾（PTM）在機(jī)制模式上有著本質(zhì)的區(qū)別。然而，細(xì)胞內(nèi)coTM與PTM所產(chǎn)生的蛋白質(zhì)修飾在化學(xué)性質(zhì)上是一致的，它們密切互作，共同參與細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的維持。

蛋白質(zhì)共翻譯修飾現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和分子機(jī)制的闡明，豐富了學(xué)界關(guān)于哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)修飾機(jī)制類(lèi)型的認(rèn)識(shí)，將學(xué)界關(guān)于蛋白質(zhì)修飾的認(rèn)識(shí)由蛋白質(zhì)表面拓展到蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部，豐富了蛋白質(zhì)修飾圖譜，為進(jìn)一步理解蛋白質(zhì)修飾圖譜與細(xì)胞穩(wěn)態(tài)維持的互作規(guī)律提供新的理論。

華中科技大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院博士研究生郭丁源、李楠、張小燕為本文共同第一作者。華中科技大化學(xué)與化工學(xué)院王龍副教授，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院歐陽(yáng)珠清教授為本工作提供了重要支持。該研究獲國(guó)家自然科學(xué)基金委、華中科技大學(xué)自主創(chuàng)新基金、細(xì)胞架構(gòu)研究中心的支持。