Clin Transl Med | 琥珀酰化修饰组学揭示SIRT5调控脂肪源性间充质干细胞增殖的机制

2020-10-16 11:58:44, 景杰学术杭州景杰生物科技股份有限公司

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景杰学术 | 报道

题目：SIRT5 deficiency enhances the proliferative and therapeutic capacities of adipose-derived mesenchymal stem cells via metabolic switching（SIRT5缺乏下的代谢转换，增强了脂肪来源的间充质干细胞的增殖和治疗能力）

发表时间：2020年9月11日

期刊：Clinical & Translational Medicine

影响因子：7.919

作者及单位：复旦大学附属中山医院葛均波院士团队

主要结论：揭示了SIRT5的缺失会影响蛋白质琥珀酰化修饰水平，进而调控脂肪来源的间充质干细胞（ADMSCs）增殖和治疗效果机制。

间充质干细胞（Mesenchymal stem cells, MSC）是典型的成人干细胞，不仅易于分离得到，还具有亚全能分化的潜力，可分化为神经细胞、成骨细胞、软骨细胞、肌肉细胞、脂肪细胞等多种细胞。作为多种缺血性疾病的治疗潜能细胞，MSCs可以为临床治疗提供更重要的价值。然而，在临床应用前，MSCs的体外扩增会重新编程MSCs的能量代谢，从而导致其体内平衡破裂、自我更新能力衰竭，最终损害其治疗效果。综上，维持MSCs体外扩增过程中的增殖能力，使其能够提供足够的治疗潜能，对于临床治疗至关重要。

近日，复旦大学附属中山医院葛均波院士团队在Clinical & Translational Medicine（IF=7.919）杂志上发表了最新研究成果。该研究揭示了SIRT5的缺失会影响蛋白质琥珀酰化修饰水平，进而调控脂肪来源的间充质干细胞（ADMSCs）增殖和治疗效果机制。其中，多种酰化修饰抗体WB预实验筛选及琥珀酰化修饰组学由景杰生物提供技术支持。

1. SIRT5可调控ADMSCs的增殖能力

Sirtuin（SIRT）家族成员作为组蛋白去乙酰化酶，是翻译后修饰的主要调节因子，可靶向多个代谢途径的蛋白质，可能在脂肪源性间充质干细胞（ADMSCs）发挥重要作用。研究者通过野生型小鼠体外扩增ADMCs的实验，发现SIRT2和SIRT5蛋白水平随着培养代数发生明显上调（图1）。此外，敲除型小鼠（SIRT5−/−）ADMSCs表现出较高的增殖率、延缓衰老以及ROS的积累减少等现象，表明SIRT5对于ADMSCs的增殖能力具有重要的作用。

图1 SIRT5在ADMSCs的表达水平

2. 琥珀酰化修饰组数据的功能分析

为了探究SIRT5如何通过调控蛋白质翻译后修饰，进而发挥维持ADMSCs的增殖能力，研究者分别用赖氨酸乙酰泛抗体化、琥珀酰化泛抗体、丙二酰化泛抗体、戊二酰化泛抗体这四种泛抗体进行western-blot，筛选（SIRT5−/−）ADMSCs样品的乙酰化、琥珀酰化、丙二酰化、戊二酰化等总体修饰水平差异，发现（SIRT5−/−）ADMSCs的琥珀酰化水平明显整体上调，说明琥珀酰化修饰可能在SIRT5调控ADMSCs的增值能力发挥重要作用。

接下来，研究人员收集了野生型（WT）和SIRT5-敲除（SIRT5−/−）小鼠中分离的ADMSCs细胞样本（样本策略），运用琥珀酰化组学定量技术（质谱策略）进行了分析。该研究蛋白质组学共筛选出115个蛋白质的233个差异琥珀酰化位点，其中106个蛋白质的216个位点在修饰水平上发生了上调。利用生物信息学对这些蛋白质进行功能分析，发现SIRT5缺乏导致了细胞代谢途径及能量代谢途径被显著富集。此外，KEGG富集分析表明，在（SIRT5−/−）ADMSCs中，超过一半的TCA循环酶发生了琥珀酰化修饰（图2）。以上结果表明，SIRT5可通过调控蛋白质琥珀酰化水平，从而发挥对MSCs的代谢调节作用。

图2 蛋白质组和磷酸化组学数据的功能分析及激酶预测

3. SIRT5调控蛋白质琥珀酰化调节细胞增殖

最后，研究者发现在敲除型小鼠（SIRT5−/−）ADMSCs中，SIRT5可通过调控蛋白质琥珀酰化，进而调控三羧酸循环相关酶活性降低和减弱线粒体呼吸。通过甘氨酸抑制琥珀酰化或SIRT5的重新表达，可逆转了敲除型小鼠（SIRT5−/−）ADMSCs的代谢改变，从而消除了它们增强的细胞增殖能力。在后肢缺血小鼠模型中，敲除型小鼠（SIRT5−/−）ADMSCs移植与野生型小鼠ADMSCs相比，增强了血流恢复和血管生成。

综上所述，研究者利用琥珀酰化修饰组学，发现SIRT5调控的蛋白质琥珀酰化水平升高，会导致三羧酸循环相关酶活性降低和减弱线粒体呼吸。而SIRT5缺乏会在ADMSC培养扩增过程逆转代谢模式并增强其增殖能力。此研究证明了SIRT5是增强MSCs功能特性开发的潜在重要靶点，可为临床治疗提供重要价值。

本研究的琥珀酰化修饰组学由景杰生物提供技术服务，感谢复旦大学附属中山医院葛均波院士团队的信任与支持！

琥珀酰化修饰

琥珀酰化 (Succinylation) 是指琥珀酰基供体通过酶学等方式将琥珀酰基团共价结合到赖氨酸残基的过程。相比于甲基化和乙酰化，琥珀酰化修饰能够引发更多的蛋白质特性的改变。

常见的琥珀酰转移酶：P300、KAT2A、CPT1A

常见的去琥珀酰化酶：SIRT5、SIRT7

琥珀酰化广泛参与代谢调节、表观遗传、信号转导等众多生物学过程，与肿瘤、心血管系统疾病、炎症等疾病密切相关。

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参考文献：

Tiantong Ou, et al., 2020. SIRT5 deficiency enhances the proliferative and therapeutic capacities of adipose-derived mesenchymal stem cells via metabolic switching. Clinical & Translational Medicine.

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