Китайские учёные раскрыли роль cGNAT2 в цианобактериях

Цианобактерии — это разнообразная группа грамотрицательных бактерий, осуществляющих растительный оксигенный фотосинтез. Считается, что они являются эволюционными предками хлоропластов высших растений. Лизиновая ацетиляция — важная регуляторная посттрансляционная модификация, контролирующая фотосинтез и метаболические процессы у цианобактерий и растений.

Synechococcus PCC 7002 — одноклеточная цианобактерия, используемая как модельный организм для изучения фотосинтеза. В ней было идентифицировано 802 ацетилированных белка, однако ферменты, управляющие обратимой лизиновой ацетиляцией у цианобактерий, остаются в основном неизвестными.

Исследовательская группа под руководством профессора Ге Фена из Института гидробиологии Китайской академии наук изучила структуру, функцию и механизм лизиновой ацетилтрансферазы у цианобактерий и определила роль ацетиляции в регуляции роста и фотосинтеза Synechococcus PCC 7002. Исследование опубликовано в Plant Physiology.

В ходе работы учёные с помощью биоинформатического анализа идентифицировали 16 предполагаемых лизиновых ацетилтрансфераз (KAT) в геноме Synechococcus PCC 7002 и протестировали их на штамме E. coli, дефицитном по ацетилированию и лишённом всех известных механизмов ацетиляции.

Они обнаружили присутствие у цианобактерий лизиновой ацетилтрансферазы цианобактериального Gcn5-родственного N-ацетилтрансферазы (cGNAT2). Нокаут этого гена значительно повлиял на фотосинтез цианобактерий.

Затем исследователи использовали AlphaFold2 для предсказания структуры cGNAT2 и обнаружили, что она образует гомодимер. Этот белок способен связывать как субстратные белки, так и ацетил-CoA, что позволяет ему проявлять каталитическую активность.

С помощью молекулярного докинга была определена область связывания между cGNAT2 и ацетил-CoA. Дальнейшее подтверждение было получено с помощью сайт-специфичных мутаций и экспериментов по ферментативной активности in vitro, которые продемонстрировали критическую роль восьми специфических аминокислотных остатков в поддержании активности фермента.

На основе методов обогащения ацетилизином и безметочной количественной (LFQ) ацетиломики исследователи показали, что cGNAT2 может катализировать лизиновую ацетиляцию в NAD(P)H-дегидрогеназе J (NdhJ), регулируя её ферментативную активность in vivo и in vitro. Это может лежать в основе изменений роста клеток и транспорта электронов при фотосинтезе.

Данное исследование представляет собой первый отчёт о лизиновой ацетилтрансферазе cGNAT2 у цианобактерий, раскрывая её молекулярный механизм в регуляции ацетиляционных модификаций субстратных белков. Оно улучшит понимание механизмов, лежащих в основе обширной лизиновой ацетиляции у цианобактерий, а также механизмов регуляции фотосинтеза у фотосинтезирующих организмов.