Учёные количественно оценили вклад факторов регуляции в изменения потоков центрального метаболического пути у дрожжей

Изменение потока в метаболической реакции — это конечный результат взаимодействия регуляций на уровне экспрессии генов, транскрипции, количества белка, посттрансляционных модификаций и аллостерических эффектов. Однако механизмы регуляции изменений метаболических потоков до конца не ясны.

Для центрального углеродного метаболического пути не был количественно оценен вклад двух важных регуляторных факторов — фосфорилирования белков и аллостерических эффектов метаболитов — в изменения потоков. Также до конца не понятен механизм метаболической регуляции, лежащий в основе эффекта Крэбтри у Saccharomyces cerevisiae. Например, не были описаны регуляторные факторы, которые вносят основной вклад в изменения метаболических потоков через центральный углеродный метаболический путь в условиях аэробного дыхания и аэробного брожения.

В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, команда Ся Цзянье из Тяньцзиньского института промышленной биотехнологии Китайской академии наук, команда Чжуан Инпин из Восточно-Китайского научно-технического университета и команда Йенса Нильсена из Технологического университета Чалмерса разработали метод для идентификации аллостерических эффекторов, выполняющих физиологические функции регуляции потока реакции, и количественно оценили вклад каждого регуляторного фактора (количество белка, термодинамический потенциал, концентрация субстрата, концентрация аллостерического эффектора и фосфорилирование белка) в изменения потока.

С помощью анализа метаболических потоков с ¹³C-изотопной меткой учёные сначала получили распределение потоков в центральном углеродном метаболическом пути Saccharomyces cerevisiae в условиях аэробного дыхания и аэробного брожения. Они использовали иерархический регуляторный анализ для количественной оценки вклада количества белка и термодинамических потенциалов в изменения потоков.

Затем учёные применили байесовский подход для идентификации аллостерических эффекторов, которые регулируют поток реакции. Они количественно оценили вклад этих физиологически значимых аллостерических эффекторов вместе с субстратами в изменения потока реакции.

Анализ фосфорилирования белков показал, что фосфорилирование играет ключевую роль в регуляции потока гликолитического пути у Saccharomyces cerevisiae.

Это исследование выявило паттерны регуляции изменений метаболических потоков в центральном углеродном пути Saccharomyces cerevisiae в условиях как аэробного дыхания, так и аэробного брожения. Использованный метод может быть применён для изучения механизмов регуляции метаболических потоков у других штаммов.