中國科學(xué)院天津工生所等在釀酒酵母胞內(nèi)代謝通量調(diào)控機制方面獲進展
2023年07月10日來源：中國科學(xué)院
細胞內(nèi)的代謝通量受胞內(nèi)基因表達、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、蛋白修飾、別構(gòu)效應(yīng)等調(diào)控體系共同作用。然而，目前關(guān)于細胞內(nèi)代謝通量的詳細調(diào)控機制存在較多未知，例如代謝通量的變化到底在多大程度上依賴基因表達以及有多大程度通過酶活力調(diào)控。釀酒酵母的Crabtree效應(yīng)是重要的代謝調(diào)控表型，但該表型下各種調(diào)控因子對胞內(nèi)代謝通量的相對貢獻尚不清晰，尤其是對細胞代謝通量調(diào)控具有重要作用的蛋白磷酸化以及代謝物別構(gòu)效應(yīng)。它們對代謝通量變化的貢獻尚無文獻報道。
基于此，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所智能生物制造平臺研究員夏建業(yè)團隊、華東理工大學(xué)生物反應(yīng)器工程國家重點實驗室教授莊英萍團隊、瑞典查爾姆斯理工大學(xué)教授Jens Nielsen團隊合作，開發(fā)出可識別在特定條件下發(fā)揮生理功能的別構(gòu)效應(yīng)劑的方法，并定量解析各調(diào)控因子（蛋白豐度、熱力學(xué)約束、底物濃度、別構(gòu)效應(yīng)劑濃度及蛋白磷酸化）對代謝通量變化的貢獻比例。
研究團隊采用13C同位素標記的代謝通量分析方法獲得有氧呼吸以及有氧發(fā)酵條件下釀酒酵母中心碳代謝途徑的代謝通量分布情況，進一步采用分層調(diào)控分析方法確定了蛋白豐度和熱力學(xué)約束共同對通量變化的貢獻比例（約占12%）。在此基礎(chǔ)之上，該團隊進而采用貝葉斯推斷方法識別具有生理代謝調(diào)控功能的別構(gòu)效應(yīng)劑，并將識別到的別構(gòu)效應(yīng)劑與底物作為整體，定量了它們貢獻代謝通量變化的比例（約占19%）。磷酸化蛋白組調(diào)控流量分析的結(jié)果表明，蛋白磷酸化對糖酵解途徑的代謝通量變化具有關(guān)鍵作用。
上述研究解析了釀酒酵母有氧呼吸以及有氧發(fā)酵條件下中心碳代謝途徑代謝通量變化調(diào)控模式。同時，該研究表明仍有大量未知的調(diào)控因子對釀酒酵母中心碳代謝具有調(diào)控作用。此外，本工作使用到的方法具有較強通用性，可運用于其他菌種的代謝通量調(diào)控機制方面的研究。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、克努特和愛麗絲·瓦倫堡基金會的支持。
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