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中國科學院天津工生所等在釀酒酵母胞內代謝通量調控機制方面獲進展

2023-07-06 09:06:30 來源：中國科學院 閱讀量：11535

　　細胞內的代謝通量受胞內基因表達、轉錄調控、蛋白修飾、別構效應等調控體系共同作用。然而，目前關于細胞內代謝通量的詳細調控機制存在較多未知，例如代謝通量的變化到底在多大程度上依賴基因表達以及有多大程度通過酶活力調控。釀酒酵母的Crabtree效應是重要的代謝調控表型，但該表型下各種調控因子對胞內代謝通量的相對貢獻尚不清晰，尤其是對細胞代謝通量調控具有重要作用的蛋白磷酸化以及代謝物別構效應。它們對代謝通量變化的貢獻尚無文獻報道。
 
　　基于此，中國科學院天津工業生物技術研究所智能生物制造平臺研究員夏建業團隊、華東理工大學生物反應器工程國家重點實驗室教授莊英萍團隊、瑞典查爾姆斯理工大學教授Jens Nielsen團隊合作，開發出可識別在特定條件下發揮生理功能的別構效應劑的方法，并定量解析各調控因子(蛋白豐度、熱力學約束、底物濃度、別構效應劑濃度及蛋白磷酸化)對代謝通量變化的貢獻比例。
 
　　研究團隊采用13C同位素標記的代謝通量分析方法獲得有氧呼吸以及有氧發酵條件下釀酒酵母中心碳代謝途徑的代謝通量分布情況，進一步采用分層調控分析方法確定了蛋白豐度和熱力學約束共同對通量變化的貢獻比例(約占12%)。在此基礎之上，該團隊進而采用貝葉斯推斷方法識別具有生理代謝調控功能的別構效應劑，并將識別到的別構效應劑與底物作為整體，定量了它們貢獻代謝通量變化的比例(約占19%)。磷酸化蛋白組調控流量分析的結果表明，蛋白磷酸化對糖酵解途徑的代謝通量變化具有關鍵作用。
 
　　上述研究解析了釀酒酵母有氧呼吸以及有氧發酵條件下中心碳代謝途徑代謝通量變化調控模式。同時，該研究表明仍有大量未知的調控因子對釀酒酵母中心碳代謝具有調控作用。此外，本工作使用到的方法具有較強通用性，可運用于其他菌種的代謝通量調控機制方面的研究。
 
　　相關研究成果發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上。研究工作得到國家自然科學基金、克努特和愛麗絲·瓦倫堡基金會的支持。

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