華中農(nóng)業(yè)大學生豬精準飼養(yǎng)團隊在亮氨酸調(diào)節(jié)自噬研究中取得新進展

 

　　生豬精準飼養(yǎng)的重要前提之一是盡可能多地解析營養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)的消化、吸收和代謝過程中的生化代謝途徑及其營養(yǎng)生理功能。亮氨酸作為豬必需氨基酸之一，主要功能之一是作為底物參與蛋白質(zhì)合成，近年還發(fā)現(xiàn)其可作為信號分子參與營養(yǎng)物質(zhì)代謝過程。當機體處于亮氨酸饑餓等營養(yǎng)物質(zhì)缺乏的應激狀態(tài)時，自噬過程會被激活，自噬體包裹待降解的底物與溶酶體融合，內(nèi)容物在溶酶體水解酶的作用下被降解，降解產(chǎn)生的小分子營養(yǎng)物質(zhì)會重新被機體吸收利用，以滿足應激條件下的營養(yǎng)需要，維持機體穩(wěn)態(tài)。亮氨酸饑餓誘導的自噬過程受到多種蛋白質(zhì)翻譯后修飾的嚴格調(diào)控，然而是否有新型翻譯后修飾形式參與其中尚不清楚。

 

　　研究人員首先鑒定到亮氨酸饑餓過程中賴氨酸巴豆?；揎楋@著上調(diào)，當飼喂亮氨酸饑餓日糧一周后動物肝臟巴豆?；揎椝揭囡@著增加。巴豆?；揎椉せ顒㎞aCr處理提高巴豆酰化修飾的同時，會激活細胞自噬過程的發(fā)生。因此，這一結(jié)果提示巴豆?；揎椩隗w外或體內(nèi)都與自噬水平呈現(xiàn)正相關的關系。

 

　　接下來，研究人員通過賴氨酸巴豆?；揎椀鞍踪|(zhì)組學鑒定到了一系列受亮氨酸調(diào)控的巴豆?；揎椀鞍住Ｍㄟ^生物信息學數(shù)據(jù)及驗證試驗，進一步發(fā)現(xiàn)14-3-3ε 蛋白的K73和K78巴豆酰化修飾可能在亮氨酸饑餓誘導自噬過程中發(fā)揮重要作用。14-3-3ε蛋白巴豆?；笔蛔僈73R和K78R可顯著抑制細胞自噬過程的發(fā)生。通過14-3-3ε蛋白巴豆?；揎椃肿觿恿W模擬試驗，K73和K78巴豆?；揎椏娠@著增加蛋白質(zhì)分子構(gòu)象不穩(wěn)定性，使蛋白質(zhì)分子二級結(jié)構(gòu)處于一種無序的狀態(tài)。

 

　　最后，研究人員鑒定到PPM1B蛋白是14-3-3ε蛋白下游效應分子，該蛋白與14-3-3ε蛋白的互作會在亮氨酸饑餓處理后消失，PPM1B與14-3-3ε的互作又受到HDAC7調(diào)節(jié)的巴豆?；揎椀恼{(diào)控，而PPM1B是自噬起始因子ULK1的磷酸酶。綜上，該研究揭示了亮氨酸缺失首先抑制HDAC7活性，上調(diào)14-3-3ε蛋白的巴豆酰化修飾水平，促使PPM1B蛋白與其發(fā)生解離，釋放的PPM1B去磷酸化ULK1，進而激活自噬起始過程的發(fā)生的分子機制，為生豬精準飼料配方設計提供理論基礎。

 

　　農(nóng)業(yè)微生物學全國重點實驗室、湖北洪山實驗室、動物育種與健康養(yǎng)殖前沿科學中心博士研究生鄭子龍為第一作者，上海交通大學醫(yī)學院鐘清教授和華中農(nóng)業(yè)大學動物科技學院動物醫(yī)學院晏向華教授為共同通訊作者。該研究受到了國家自然科學基金、國家重點基礎研究項目（“973”計劃）的資助。

 

　　【英文摘要】

 

　　Lysine crotonylation as a protein post-translational modification regulates diverse cellular processes and functions. However, the role of crotonylation in nutrient signaling pathways remains unclear. Here, we find a positive correlation between global crotonylation levels and leucine-deprivation-induced autophagy. Crotonylome profiling identifies many crotonylated proteins regulated by leucine deprivation. Bioinformatics analysis dominates 14-3-3 proteins in leucine-mediated crotonylome. expression of 14-3-3ε crotonylation-deficient mutant significantly inhibits leucine-deprivation-induced autophagy. Molecular dynamics analysis shows that crotonylation increases molecular instability and disrupts the 14-3-3ε amphipathic pocket through which 14-3-3ε interacts with binding partners. Leucine-deprivation-induced 14-3-3ε crotonylation leads to the release of protein phosphatase 1B （PPM1B） from 14-3-3ε interaction. Active PPM1B dephosphorylates ULK1 and subsequently initiates autophagy. We further find that 14-3-3ε crotonylation is regulated by HDAC7. Taken together, our findings demonstrate that the 14-3-3ε-PPM1B axis regulated by crotonylation may play a vital role in leucine-deprivation-induced autophagy.

 

　　論文鏈接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247（22）01742-9