国自然热捧！乳酸化机制大起底3——乳酸化调控蛋白亚细胞定位

非组蛋白上的乳酸化主要由修饰导致的空间位阻、构象改变和电荷中和等方式调节蛋白质功能，最终通过影响蛋白的分子互作、稳定性、亚细胞定位、酶活性等影响蛋白质的功能，进而发挥调控作用。继我们分享了乳酸化调控蛋白-分子互作和乳酸化调控蛋白稳定性的研究案例后，本期，我们关注乳酸化调控蛋白质亚细胞定位。    

乳酸化调控蛋白质亚细胞定位研究案例

 

案例1

乳酸化和肿瘤治疗抗性：乳酸化的载脂蛋白C-II通过促进细胞外脂肪分解诱导免疫治疗抵抗

该研究探索了高ALDH1A3表达的胶质母细胞瘤（ALDH1A3^hi GBM）患者术后放化疗耐药的机制。结果表明，ALDH1A3与PKM2之间的相互作用增强了后者的四聚体化，并促进了胶质母细胞瘤干细胞（GSC）中乳酸的积累。通过检测乳酸积累的胶质母细胞瘤干细胞中的乳酸化蛋白质组，研究者锁定了XRCC1赖氨酸247（K247）乳酸化。乳酸化的XRCC1显示出与importin α（细胞核质转运受体，α输入蛋白）更强的亲和力，使得XRCC1更多地发生核易位，并增强DNA修复。通过高通量筛选小分子库，研究者发现了D34-919能够强烈破坏ALDH1A3-PKM2相互作用，阻止ALDH1A3介导的PKM2四聚体化的增强。体外和体内用D34-919处理增强了GBM细胞对化疗放疗诱导的凋亡。总体，该研究结果表明ALDH1A3介导的PKM2四聚体化是一个潜在的治疗靶点，可以改善ALDH1A3hi GBM患者对化疗放疗的反应。

 

 

案例2

乳酸化和胰腺癌：乳酸促进NMNAT1的乳酸化，以维持核内NAD⁺合成补救途径，并在葡萄糖缺乏条件下促进胰腺癌细胞存活率

该研究旨在探索L-乳酸在葡萄糖剥夺条件下促进细胞存活的分子机制。研究表明，L-乳酸在葡萄糖剥夺条件下通过依赖GLS1介导的谷氨酰胺分解来支持线粒体呼吸，从而促进细胞存活。机制上，L-乳酸增强了NMNAT1 K128乳酸化，增强了其核易位和酶活性，进而介导NAD⁺合成补救途径，同时失活了p-38 MAPK信号传导并抑制了DDIT3转录，最终促进肿瘤生长。最后，研究还发现NMNAT1依赖的NAD⁺挽救途径促进了葡萄糖剥夺条件下的细胞存活，并且依赖于Sirt1的活性。总的来说，该研究揭示了L-乳酸在葡萄糖剥夺条件下促进细胞存活的新分子机制，为针对乳酸和NAD⁺代谢治疗胰腺腺癌提供了潜在策略。

 

 

案例3

乳酸化和缺血再灌注损伤：HSPA12A促进c-Myc乳酸化介导的肾小管上皮细胞增殖，促进肾缺血/再灌注损伤后肾功能恢复

肾小管上皮细胞（TEC）的增殖对于恢复肾小管完整性并支持肾脏从肾缺血/再灌注（KI/R）损伤中的功能性恢复至关重要。该研究发现KI/R降低了小鼠肾脏和TEC中HSPA12A的表达，而小鼠中HSPA12A的缺失损害了KI/R后TEC的增殖和肾脏功能性恢复。机制上，HSPA12A通过直接与c-Myc相互作用，并且通过增加Hif1α依赖方式的糖酵解产生的乳酸来促进c-Myc的乳酸化，增强c-Myc的核定位来促进低氧/再氧合（H/R）后的TEC增殖，从而上调与TEC增殖相关的靶基因表达。抑制c-Myc的乳酸化减弱了HSPA12A诱导的c-Myc核定位增加、增殖相关基因表达和TEC增殖。总体，该研究揭示了HSPA12A在促进TEC增殖和肾脏恢复KI/R后的作用，这一作用是通过增加乳酸化介导的c-Myc核定位和激活来实现。

 

 

案例4

乳酸化和类风湿关节炎：靶向PKM2依赖乳酸化的成纤维样滑膜细胞增殖为对抗类风湿性关节炎提供了治疗思路

类风湿关节炎（RA）相关的肿胀和骨损伤中，成纤维细胞样滑膜细胞（FLS）扮演着重要角色。该研究提出FLS中的丙酮酸激酶M2（PKM2）是RA治疗的药物靶点，可以通过抗疟药（ART）进行靶向抑制。机制上， PKM2作为细胞周期的主要调节因子，导致RA-FLS的增殖增加。ART与PKM2直接相互作用，促进了p300介导的PKM2的乳酸化增强，最终阻止了PKM2的核易位，并诱导细胞周期在S期停滞。在体内，ART明显抑制了RA介导的滑膜增生、骨损伤和炎症反应，进一步改善了胶原诱导性关节炎大鼠的运动行为。总体，FLS中的PKM2的干预可能为通过PKM2乳酸化调节的RA药物治疗提供了一个有希望的途径。

 

 

乳酸化调控蛋白亚细胞定位的研究总结

蛋白质的亚细胞定位对蛋白质的功能至关重要，因为它们在不同的细胞区域执行特定的生物学功能。以上我们分享的4篇案例中，乳酸化均影响了蛋白质的核易位（从细胞质转位至细胞核）。具体探究乳酸化是否调控蛋白的亚细胞定位，可以通过原位免疫荧光染色、分离亚细胞组分做WB等实验方法检测乳酸化和非乳酸化蛋白在不同亚细胞组分中的表达量变化来确定，如设置对照组和乳酸/乳酸钠处理组、乳酸化激活突变组（K→T、K→Q）和乳酸化缺失突变组（K→R、K→A）等。如果在不同的组别中，目标蛋白质在不同亚细胞组分中的表达有明显不同，则乳酸化参与调控蛋白质的亚细胞定位。特别提醒的是，如果研究者的乳酸化蛋白质组学结果中发现了参与基因转录调控的转录因子或参与基因修复的酶等蛋白的乳酸化变化，可以优先考虑从亚细胞定位调控的角度去进行分子机制挖掘。

 

 

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