Science：碳水化合物代谢的蛋白质-代谢物相互作用组学揭示乳酸脱氢酶的调节

原文题目：Protein-metabolite interactomics of carbohydrate metabolism reveal regulation of lactate dehydrogenase

通讯作者：JARED RUTTER

隶属单位：犹他大学医学院生物化学系

DOI：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm3452

了解代谢状态如何影响细胞过程需要系统分析代谢物与蛋白质的低亲和力相互作用。希克斯等.描述一种称为MIDAS的方法（与平衡透析集成的质谱法，用于系统地发现变构），该方法使他们能够探测33种人类碳水化合物代谢酶和400多种代谢物的这种相互作用。作者发现了许多已知和许多新的相互作用，包括ATP和长链酰基辅酶A对乳酸脱氢酶的调节，这可能有助于解释不同组织中脂肪和碳水化合物代谢之间的已知生理关系。

代谢网络是相互关联的，并影响不同的细胞过程。介导这些网络的蛋白质-代谢物相互作用通常亲和力低，难以系统地发现。我们开发了与平衡透析相结合的质谱法，用于系统地发现变构（MIDAS）来识别这种相互作用。对来自人类碳水化合物代谢的 33 种酶的分析确定了 830 种蛋白质-代谢物相互作用，包括已知的调节因子、底物和产物以及以前未报告的相互作用。我们在功能上验证了一部分相互作用，包括长链酰基辅酶A对乳酸脱氢酶的亚型特异性抑制.脂肪酸细胞处理导致依赖于乳酸脱氢酶亚型表达的丙酮酸 - 乳酸相互转化的损失。这些蛋白质-代谢物相互作用可能有助于动态的、组织特异性的代谢灵活性，从而在不断变化的营养环境中实现生长和存活。

图 2：人类碳水化合物代谢的蛋白质 - 代谢物相互作用组。

ATP和长链酰基辅酶A均优先抑制LDHA，但不抑制LDHB。LDHA和LDHB是LDH的两种主要亚型，以组织特异性模式表达，使得肝脏几乎只表达LDHA，而心脏具有高表达的LDHB。集成电路50ATP的抑制完全在正常的细胞内ATP浓度范围内，因此LDHA可能在具有正常能量状态的所有细胞中被部分抑制。鉴于肝脏是LDHA最显优势的组织，分解代谢多种底物，ATP的抑制可能是为其他组织保留碳水化合物（如乳酸）的一种机制。肝脏和心脏具有非常不同的代谢需求，这反映了它们的LDHA和LDHB表达差异，特别是在脂肪酸的背景下。心脏是一种代谢杂食动物，从多种营养来源获取能量。LDHB的表达使碳水化合物代谢，特别是乳酸摄取和分解代谢，即使在活性脂肪酸代谢（和潜在的高酰基辅酶A浓度）的背景下也是如此。

图 3：MIDAS鉴定已知和以前未描述的代谢物与来自人类碳水化合物代谢的酶的相互作用。

肝脏在机体代谢稳态中起着独特且至关重要的作用。酰基辅酶A的LDHA抑制可能是在动物研究中观察到的乳酸，脂肪酸和糖异生的意外相互作用的机制。来自DepMap的47种癌细胞系的分析显示，在主要表达LDHA（LDHA）的70种细胞系中，乳酸和长链酰基肉碱（脂肪酸代谢中间体）之间存在更强的负相关性。你好LDHB瞧）相对于同时表达LDHA和LDHB的858个细胞系。LDHA特异性抑制剂已被提出用于阻断癌症中的需氧糖酵解，其中可能可以在治疗中利用ATP和酰基辅酶A的亚型特异性调节机制或机制。

图 4：ATP和长链酰基辅酶A以亚型特异性方式抑制LDH。

脂肪酸和碳水化合物代谢之间的这种通路间调节只是无数代谢物驱动的调节事件的一个潜在例子，这些事件强制执行有机体稳态，这对于适当应对应激源（如快速喂养周期、运动和感染）至关重要。蛋白质和代谢物之间的相互作用可能介导这种控制的大部分。我们验证了MIDAS作为发现这些关键机制的平台，特别是用于检测低亲和力相互作用的平台。作为最近发现的功能重要PMI的补充，MIDAS确定了数百种与碳水化合物代谢酶的假定相互作用。因此，MIDAS可作为识别，理解和利用蛋白质 - 代谢物相互作用组中以前未知的代谢调节模式的渠道。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm3452

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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