Os locais de ligação da coenzima A induzem acilação proximal em famílias de proteínas

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 5029 (2023) Cite este artigo

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Nɛ-acilações de lisina, como acetilação ou succinilação, são modificações pós-traducionais que regulam a função da proteína. Nas mitocôndrias, a acilação da lisina é predominantemente não enzimática e apenas um subconjunto específico do proteoma é acilado. A coenzima A (CoA) pode atuar como um transportador do grupo acil por meio de uma ligação tioéster, mas o que controla a acilação das lisinas mitocondriais permanece pouco compreendido. Usando conjuntos de dados publicados, descobrimos aqui que as proteínas com um sítio de ligação à CoA têm maior probabilidade de serem acetiladas, succiniladas e glutariladas. Usando modelagem computacional, mostramos que os resíduos de lisina próximos ao bolso de ligação da CoA são altamente acilados em comparação com os mais distantes. Nossa hipótese é que a ligação acil-CoA aumenta a acilação de resíduos de lisina próximos. Para testar esta hipótese, co-incubamos enoil-CoA de cadeia curta 1 (ECHS1), uma proteína mitocondrial de ligação a CoA, com succinil-CoA e CoA. Usando espectrometria de massa, descobrimos que o succinil-CoA induziu a succinilação generalizada da lisina e que a CoA inibiu competitivamente a succinilação do ECHS1. A inibição induzida por CoA em um determinado local de lisina correlacionou-se inversamente com a distância entre essa lisina e o bolso de ligação de CoA. Nosso estudo indicou que a CoA atua como um inibidor competitivo da succinilação de ECHS1, ligando-se ao bolso de ligação da CoA. Juntos, isso sugere que a acilação proximal nos locais de ligação da CoA é um mecanismo primário para a acilação da lisina nas mitocôndrias.

As acilações de lisina, como acetilação, succinilação ou glutarilação, são modificações pós-traducionais (PTM)1,2,3 que inibem as ações de proteínas em todos os reinos da vida e em todos os compartimentos celulares4,5,6. Nas células eucarióticas, a acilação das histonas diminui a afinidade eletrostática entre as histonas e o DNA e geralmente está associada ao aumento da expressão gênica7. A coenzima A (CoA) é um metabólito necessário em diversos processos metabólicos, incluindo a biossíntese de ácidos graxos e corpos cetônicos, metabolismo de aminoácidos, oxidação de ácidos graxos e regulação da expressão gênica8,9. Em eucariotos, tioésteres de CoA, como acetil-CoA, succinil-CoA e glutaril-CoA, atuam como os únicos doadores de grupos acil celulares e reagem com resíduos de lisina por meio de (1) transferência enzimática mediada por enzimas acetiltransferase, como p30010, 11, e (2) mecanismos não enzimáticos facilitados por altas concentrações locais de espécies de acil-CoA e alto pH5,12. No citosol e no núcleo, a acilação da lisina é conduzida principalmente por enzimas aciltransferase, como p300, e padrões de acilação diferencial foram atribuídos à especificidade e distribuição dessas enzimas. Na matriz mitocondrial, no entanto, nenhuma enzima aciltransferase universal foi identificada, e acredita-se que a acilação mitocondrial seja principalmente não enzimática13,14. No entanto, a distribuição de lisinas aciladas na mitocôndria não é estocástica, com diferenças de ordem de grandeza na acilação encontradas entre os locais14. Por que alguns resíduos de lisina mitocondrial são mais suscetíveis a acilações do que outros permanece uma importante questão sem resposta.

O metabolismo mitocondrial depende de múltiplas espécies de acil-CoA que servem como intermediários chave em vias críticas, como o ciclo TCA (acetil-CoA, succinil-CoA), oxidação de ácidos graxos (acetil-CoA, propanoil-CoA, acil-CoA de cadeia mais longa). CoAs), catabolismo de corpos cetônicos (3-hidroximetilglutaril-CoA, acetoacetil-CoA) e catabolismo de aminoácidos (succinil-CoA, glutaril-CoA, HMG-CoA). Essas espécies reativas de acil-CoA servem como doadores de acil para as acilações não enzimáticas de proteínas mitocondriais15. Funções regulatórias foram identificadas para um subconjunto limitado de acilações de lisina, que coexistem com a maioria das acilações de lisina que não são regulatórias e de baixa estequiometria13,14. É importante ressaltar que muitos resíduos de lisina de proteína mitocondrial não são acilados e medições subsequentes da estequiometria de acetilação no fígado de camundongos mostram uma faixa extremamente ampla de acetilação14. O objetivo do presente estudo é investigar os mecanismos moleculares que controlam a acilação de resíduos específicos de lisina na mitocôndria.