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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(jī)制方面獲進(jìn)展

2023-07-06 09:06:30 來源：中國科學(xué)院閱讀量：11627

　　細(xì)胞內(nèi)的代謝通量受胞內(nèi)基因表達(dá)、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(xì)胞內(nèi)代謝通量的詳細(xì)調(diào)控機(jī)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(dá)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(xiàn)尚不清晰，尤其是對細(xì)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(xiàn)尚無文獻(xiàn)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(tuán)隊、華東理工大學(xué)生物反應(yīng)器工程國家重點(diǎn)實(shí)驗室教授莊英萍團(tuán)隊、瑞典查爾姆斯理工大學(xué)教授Jens Nielsen團(tuán)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(xiàn)比例。

　　研究團(tuán)隊采用13C同位素標(biāo)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(jìn)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(xiàn)比例(約占12%)。在此基礎(chǔ)之上，該團(tuán)隊進(jìn)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(xiàn)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(qiáng)通用性，可運(yùn)用于其他菌種的代謝通量調(diào)控機(jī)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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