突破性研究：線粒體蛋白AMPylation在細胞代謝中的調節作用

蛋白質翻譯后修飾（PTM）是擴展蛋白質功能多樣性和復雜性的重要機制，如磷酸化、乙酰化和甲基化等修飾方式在細菌到人類中廣泛存在且高度保守，在調節細胞信號傳導等過程中發揮關鍵作用。

AMPylation（腺苷酰化）是一種進化上保守的PTM，其特點是在蛋白質底物的羥基側鏈上共價添加腺苷一磷酸（AMP）。自1967年首次發現AMPylation在細菌氮代謝調節中的作用以來，雖然已知谷氨酰胺合成酶腺苷酰轉移酶GlnE（GS-ATase）可催化谷氨酰胺合成酶GlnA的AMPylation以抑制谷氨胺合成，但該領域研究仍不充分，主要由于缺乏系統識別AMPylated底物的工具。

本研究旨在通過開發一種富集技術來填補這一研究空白，利用核苷酸結合蛋白hinT對AMPylated蛋白進行分離和研究，以確定AMPylated蛋白底物，并研究AMPylation在細胞功能中的作用機制和意義。

研究結果

AMPylation底物識別：成功開發的技術能夠有效識別AMPylated蛋白底物，為深入研究AMPylation提供了工具支持。通過結構引導突變發生，優化了對硒蛋白O相關底物的識別，發現了新的潛在底物。

線粒體蛋白AMPylation的調節作用：發現哺乳動物硒蛋白O通過AMPylation調節關鍵線粒體蛋白（谷氨酸脫氫酶和丙酮酸脫氫酶）的代謝通量。這表明AMPylation在細胞代謝調節中發揮著重要作用，影響細胞的能量代謝途徑。

AMPylation的廣泛意義：研究結果突顯了AMPylation更廣泛的意義，它是一種在信號轉導和疾病病理中起關鍵作用的新興翻譯后修飾。例如，在細菌感染中，不同細菌的含Fic結構域蛋白可催化真核Rho GTP酶的AMPylation以操縱宿主細胞信號傳導，如《Legionella pneumonia》的AmpA、SidM，《Vibrio parahaemolyticus》的VopS和《Histophilus somni》的IbpA等，這些例子強調了蛋白質AMPylation在細菌致病性中的作用。

富集平臺的有效性：建立的富集平臺為發現新的AMPylated蛋白提供了有力工具，有助于進一步揭示蛋白質AMPylation在細胞功能中的機制和意義。

潛在機制探討

代謝調節機制：AMPylation可能通過改變關鍵線粒體蛋白的活性和功能，調節代謝通量。例如，對谷氨酸脫氫酶和丙酮酸脫氫酶的AMPylation可能影響氨基酸代謝和糖代謝途徑，從而調節細胞的能量平衡。

信號轉導作用：作為一種翻譯后修飾，AMPylation可能參與細胞內的信號轉導網絡。通過修飾特定的信號蛋白，影響其與其他分子的相互作用，進而調節細胞的生理過程，如細胞生長、分化和應激反應等。

與疾病的關系：在疾病病理中，AMPylation的異常可能導致細胞代謝紊亂和信號轉導失調。例如，在細菌感染中，細菌利用AMPylation操縱宿主細胞信號傳導，促進自身生存和傳播。在人類疾病中，AMPylation的異常可能與代謝性疾病、神經退行性疾病等相關。

該研究填補了AMPylation研究領域的空白，揭示了線粒體蛋白AMPylation在細胞代謝調節中的重要作用，為理解細胞代謝調控提供了新的視角。