蛋白質(zhì)S-?；且环N重要的翻譯后修飾，由zDHHC家族酶介導(dǎo)，調(diào)控蛋白質(zhì)的亞細(xì)胞定位、分泌及穩(wěn)定性。盡管目前對(duì)脂肪酸修飾蛋白已有較多研究，但脂肪酸的精細(xì)結(jié)構(gòu)與其S-?；揎椞禺愋灾g的復(fù)雜關(guān)系仍未得到解析。例如，脂肪酸中C=C雙鍵位置的細(xì)微差異是否會(huì)影響zDHHC酶的底物偏好性及催化效率，進(jìn)而導(dǎo)致修飾蛋白生物功能的差異，目前尚不明確。闡明脂肪酸的結(jié)構(gòu)異構(gòu)與蛋白質(zhì)S-?；禺愋灾g的關(guān)系，將有助于揭示蛋白質(zhì)脂質(zhì)修飾網(wǎng)絡(luò)的精細(xì)調(diào)控機(jī)制，填補(bǔ)該領(lǐng)域長(zhǎng)期以來(lái)的科學(xué)空白。

近日，武漢大學(xué)高等研究院陳素明團(tuán)隊(duì)在Nature Communications上發(fā)表題為Enzyme-centric chemoproteomics reveals isomer-specific S-acylation modification networks的研究論文。該研究開發(fā)了一種以酶為中心的化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)策略，利用設(shè)計(jì)合成的脂肪酸雙鍵位置異構(gòu)體探針，結(jié)合zDHHC酶過表達(dá)體系與基于高分辨質(zhì)譜的定量分析技術(shù)，證實(shí)了蛋白質(zhì)的脂質(zhì)修飾對(duì)脂肪酸C=C雙鍵位置異構(gòu)具有顯著的選擇特異性。研究系統(tǒng)繪制了脂肪酸異構(gòu)體、zDHHC酶與S-?；鞍字g的相互作用網(wǎng)絡(luò)，闡明了不同zDHHC酶在自酰化中間體形成過程中對(duì)脂肪酸異構(gòu)體的偏好及其空間結(jié)合特征。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，不同的脂肪酸異構(gòu)體不僅塑造出結(jié)構(gòu)各異的S-?；W(wǎng)絡(luò)，還導(dǎo)致不同的生物學(xué)功能。其中，Δ6脂肪酸異構(gòu)體能夠特異性修飾脂肪酸β-氧化通路的關(guān)鍵酶ACOT8，進(jìn)而促進(jìn)DBP表達(dá)及H2O2生成，從而顯著提升細(xì)胞過氧脂質(zhì)體的β-氧化水平，揭示了脂肪酸雙鍵位置異構(gòu)通過S-?；{(diào)控脂質(zhì)代謝的新機(jī)制。該工作首次從分子層面解析了決定不飽和脂肪酸修飾特異性的核心結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，為深入理解蛋白質(zhì)脂質(zhì)修飾的精細(xì)調(diào)控機(jī)制提供了關(guān)鍵證據(jù)。

研究首先發(fā)現(xiàn)，僅僅雙鍵位置發(fā)生改變，便會(huì)顯著重塑蛋白質(zhì)脂化譜。利用化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)分析，團(tuán)隊(duì)分別鑒定出659個(gè)、874個(gè)和797個(gè)由Δ6、Δ9和Δ11異構(gòu)體修飾的蛋白質(zhì)，其中大量蛋白表現(xiàn)出明顯的異構(gòu)體選擇性。進(jìn)一步功能富集分析顯示，不同異構(gòu)體所修飾蛋白參與的生物學(xué)過程存在顯著差異：Δ6脂肪酸異構(gòu)體修飾的蛋白明顯富集于脂肪酸β氧化和脂質(zhì)代謝通路，而Δ9和Δ11異構(gòu)體則更多關(guān)聯(lián)于核酸代謝、細(xì)胞運(yùn)輸?shù)冗^程。為了驗(yàn)證這種異構(gòu)體特異性修飾是否具有實(shí)際功能后果，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步聚焦過氧化物酶體脂肪酸β氧化通路。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Δ6異構(gòu)體能夠特異性修飾ACOT8等關(guān)鍵代謝酶，并上調(diào)DBP表達(dá)及細(xì)胞內(nèi)H2O2生成，而Δ9和Δ11異構(gòu)體則未表現(xiàn)出類似效應(yīng)。上述結(jié)果不僅證實(shí)脂肪酸雙鍵位置異構(gòu)能夠決定蛋白質(zhì)S-酰化的靶標(biāo)選擇，還進(jìn)一步表明這種結(jié)構(gòu)差異可通過重塑代謝酶的脂質(zhì)修飾狀態(tài)，調(diào)控脂肪酸β氧化等關(guān)鍵生物學(xué)過程，為理解脂肪酸異構(gòu)體在代謝疾病發(fā)生發(fā)展中的功能提供了新的分子機(jī)制。

圖1 脂肪酸異構(gòu)體介導(dǎo)的脂?；揎椀纳飳W(xué)功能

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步聚焦S-酰化反應(yīng)的核心催化酶zDHHC家族，構(gòu)建了以酶為中心的化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)策略。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為zDHHC酶主要通過識(shí)別蛋白底物決定修飾特異性，而本研究發(fā)現(xiàn)脂肪酸結(jié)構(gòu)本身同樣是重要決定因素。通過構(gòu)建zDHHC2、zDHHC5、zDHHC7、zDHHC20、zDHHC23和zDHHC24等代表性酶的過表達(dá)體系，研究人員發(fā)現(xiàn)不同zDHHC酶對(duì)脂肪酸異構(gòu)體表現(xiàn)出顯著偏好。例如，zDHHC7、zDHHC20和zDHHC23更傾向于催化Δ6和Δ9異構(gòu)體介導(dǎo)的S-?；?，而對(duì)Δ11異構(gòu)體的催化能力明顯減弱。此外，即使是同一種zDHHC酶，在不同脂肪酸異構(gòu)體條件下所修飾的蛋白底物也完全不同，說(shuō)明脂肪酸結(jié)構(gòu)能夠重塑zDHHC酶的底物選擇譜，從而構(gòu)建出高度特異的“S-?；{(diào)控網(wǎng)絡(luò)”。

圖2 以酶為中心的化學(xué)蛋白組學(xué)流程

那么，zDHHC酶又是如何“識(shí)別”這些僅有雙鍵位置差異的脂肪酸異構(gòu)體？研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步捕獲了S-?；磻?yīng)過程中至關(guān)重要的“自?；虚g體”，發(fā)現(xiàn)不同脂肪酸異構(gòu)體形成的zDHHC自?；虚g體豐度存在顯著差異，提示zDHHC酶對(duì)脂肪酸異構(gòu)體具有不同程度的結(jié)合與利用偏好。為了探究這一現(xiàn)象背后的分子基礎(chǔ)，研究人員結(jié)合AlphaFold結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與分子共價(jià)對(duì)接分析，構(gòu)建了脂肪酸異構(gòu)體與zDHHC酶結(jié)合的三維結(jié)構(gòu)模型。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，自酰化中間體豐度與MM-GBSA計(jì)算得到的結(jié)合能變化趨勢(shì)高度一致：能夠形成更豐富自?；虚g體的脂肪酸異構(gòu)體通常表現(xiàn)出更低的結(jié)合能和更穩(wěn)定的酶-底物相互作用。進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)分析顯示，雙鍵位置的細(xì)微變化會(huì)改變脂肪酸鏈在zDHHC跨膜腔體中的空間構(gòu)象，從而重塑其與周圍氨基酸殘基之間的相互作用模式。例如，Δ6異構(gòu)體可額外與S29、L175和V216等殘基形成穩(wěn)定接觸，而Δ9和Δ11異構(gòu)體則呈現(xiàn)不同的結(jié)合構(gòu)象和相互作用網(wǎng)絡(luò)。這些結(jié)構(gòu)差異最終導(dǎo)致脂肪酸異構(gòu)體與zDHHC酶之間結(jié)合穩(wěn)定性的變化，并進(jìn)一步塑造不同的S-?；揎椖Ｊ健Ｑ芯渴状螐膶?shí)驗(yàn)與結(jié)構(gòu)兩個(gè)層面揭示了脂肪酸雙鍵位置如何被zDHHC酶精準(zhǔn)識(shí)別，為理解蛋白質(zhì)脂質(zhì)化特異性的分子基礎(chǔ)提供了全新視角。

圖3 脂肪酸雙鍵位置異構(gòu)體與zDHHC酶（zDHHC20和zDHHC23）共價(jià)結(jié)合的結(jié)構(gòu)模型

綜上，該研究從多個(gè)層面系統(tǒng)揭示了脂肪酸雙鍵位置異構(gòu)體決定蛋白質(zhì)S-?；禺愋缘姆肿訖C(jī)制。研究證明，脂肪酸精細(xì)結(jié)構(gòu)本身攜帶重要生物學(xué)信息，能夠通過調(diào)控zDHHC酶自?；暗孜镞x擇性，塑造獨(dú)特的蛋白質(zhì)脂質(zhì)化網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)一步影響脂肪酸β氧化等關(guān)鍵代謝過程。這一發(fā)現(xiàn)突破了傳統(tǒng)脂質(zhì)修飾研究主要關(guān)注脂肪酸鏈長(zhǎng)和飽和度的認(rèn)知框架，首次將脂肪酸異構(gòu)體層面的結(jié)構(gòu)信息與特定生物學(xué)功能建立直接聯(lián)系，為理解脂質(zhì)代謝異常相關(guān)疾病的發(fā)生機(jī)制以及開發(fā)精準(zhǔn)靶向脂質(zhì)修飾的新策略提供了新的見解。

武漢大學(xué)高等研究院吳朋飛為本論文第一作者，陳素明教授為本論文的獨(dú)立通訊作者。湖北大學(xué)李珊珊教授為該研究提供了重要幫助。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-72237-7

制版人： 十一

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