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Protein post-translational modifications in bacteria. ​

文献信息 ​

DOI10.1038/s41579-019-0243-0
PMID31485032
期刊Nature reviews. Microbiology
影响因子103.3
JCR 分区Q1
发表年份2019
被引次数183
关键词蛋白质翻译后修饰, 细菌, 细胞过程
文献类型Journal Article, Research Support, Non-U.S. Gov't, Review
ISSN1740-1526
页码651-664
期号17(11)
作者Boris Macek, Karl Forchhammer, Julie Hardouin, Eilika Weber-Ban, Christophe Grangeasse, Ivan Mijakovic

一句话小结 ​

在过去十年中，细菌中蛋白质翻译后修饰的种类和数量显著增加，但大多数修饰仅出现在少数蛋白质上，且修饰水平较低，导致其结构和功能分析困难。研究表明，这些翻译后修饰在细菌的多种生理过程中扮演重要角色，深入探讨将有助于提升对细菌生理学的理解并为感染性疾病的治疗提供新思路。

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蛋白质翻译后修饰 · 细菌 · 细胞过程

摘要 ​

在过去十年中，细菌中被检测和表征的蛋白质翻译后修饰的数量和种类迅速增加。与真核蛋白相比，大多数翻译后蛋白质修饰仅发生在相对较少的细菌蛋白上，并且大多数被修饰的蛋白质所含修饰水平较低，低于化学计量水平；因此，它们的结构和功能分析尤为困难。不同细菌物种之间修饰酶的数量差异很大，修饰蛋白组的程度在很大程度上取决于环境条件。尽管如此，越来越多的证据表明，蛋白质翻译后修饰在诸如蛋白质合成与周转、氮代谢、细胞周期、休眠、孢子形成、孢子萌发、持久性和致病性等各种细胞过程中具有重要作用。对蛋白质翻译后修饰的进一步研究将填补当前对细菌生理学理解中的空白，并为感染性疾病的治疗开辟新的途径。

英文摘要 ​

Over the past decade the number and variety of protein post-translational modifications that have been detected and characterized in bacteria have rapidly increased. Most post-translational protein modifications occur in a relatively low number of bacterial proteins in comparison with eukaryotic proteins, and most of the modified proteins carry low, substoichiometric levels of modification; therefore, their structural and functional analysis is particularly challenging. The number of modifying enzymes differs greatly among bacterial species, and the extent of the modified proteome strongly depends on environmental conditions. Nevertheless, evidence is rapidly accumulating that protein post-translational modifications have vital roles in various cellular processes such as protein synthesis and turnover, nitrogen metabolism, the cell cycle, dormancy, sporulation, spore germination, persistence and virulence. Further research of protein post-translational modifications will fill current gaps in the understanding of bacterial physiology and open new avenues for treatment of infectious diseases.

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主要研究问题 ​

  1. 蛋白质翻译后修饰在细菌中的具体功能有哪些，如何影响细菌的生理过程？
  2. 不同细菌物种中翻译后修饰酶的差异如何影响其蛋白质组的修饰程度？
  3. 在什么样的环境条件下，细菌的蛋白质翻译后修饰会发生显著变化？
  4. 蛋白质翻译后修饰在细菌的持久性和致病性中扮演了怎样的角色？
  5. 未来研究蛋白质翻译后修饰可能为治疗细菌感染提供哪些新的思路？

核心洞察 ​

1. 研究背景和目的 ​

近年来，细菌中蛋白质的翻译后修饰（PTMs）逐渐受到关注。尽管细菌的PTMs种类和数量有所增加，但与真核生物相比，细菌中进行这些修饰的蛋白质数量相对较少。这些修饰往往发生在低丰度的蛋白质上，导致其结构和功能的分析变得复杂。因此，本研究旨在探讨细菌中蛋白质翻译后修饰的多样性、功能及其对细菌生理的影响，以填补相关知识的空白，为感染性疾病的治疗提供新的思路。

2. 主要方法和发现 ​

研究通过文献回顾和实验数据分析，识别并分类了不同细菌中发现的PTMs类型及其相关的修饰酶。发现细菌中PTMs的数量和种类在不同物种之间差异显著，并且这些修饰的程度受到环境条件的强烈影响。此外，研究表明，PTMs在细菌的多种细胞过程（包括蛋白质合成与降解、氮代谢、细胞周期、休眠、孢子形成、孢子萌发、持久性及致病性）中发挥着重要作用。

3. 核心结论 ​

尽管细菌中蛋白质翻译后修饰的研究仍处于起步阶段，但已有证据表明，它们在细胞功能和适应性中发挥着不可或缺的作用。这些修饰不仅影响蛋白质的活性和稳定性，还可能调控细胞对环境变化的响应，进而影响细菌的生长和致病能力。

4. 研究意义和影响 ​

本研究的意义在于，揭示细菌中蛋白质翻译后修饰的多样性和复杂性，为理解细菌的生理机制提供了新的视角。这项研究不仅丰富了微生物学和细胞生物学的基础知识，还有助于发展新的抗感染策略。通过深入了解PTMs在细菌生理中的具体角色，未来有望为临床治疗提供新的靶点和方法，从而改善抗感染的效果和降低耐药性问题。

引用本文的文献 ​

  1. Substrate recognition by the Pseudomonas aeruginosa EF-Tu-modifying methyltransferase EftM. - Emily G Kuiper;Debayan Dey;Paige A LaMore;Joshua P Owings;Samantha M Prezioso;Joanna B Goldberg;Graeme L Conn - The Journal of biological chemistry (2019)
  2. Small-Molecule Acetylation by GCN5-Related N-Acetyltransferases in Bacteria. - Rachel M Burckhardt;Jorge C Escalante-Semerena - Microbiology and molecular biology reviews : MMBR (2020)
  3. Aminoacyl-tRNA synthetases. - Miguel Angel Rubio Gomez;Michael Ibba - RNA (New York, N.Y.) (2020)
  4. Expression of actively soluble antigen-binding fragment (Fab) antibody and GFP fused Fab in the cytoplasm of the engineered Escherichia coli. - Supaluk Krittanai;Waraporn Putalun;Seiichi Sakamoto;Hiroyuki Tanaka;Thaweesak Juengwatanatrakul;Gorawit Yusakul - Molecular biology reports (2020)
  5. The Involvement of the McsB Arginine Kinase in Clp-Dependent Degradation of the MgsR Regulator in Bacillus subtilis. - Lars Lilge;Alexander Reder;Frank Tippmann;Friedrich Morgenroth;Janice Grohmann;Dörte Becher;Katharina Riedel;Uwe Völker;Michael Hecker;Ulf Gerth - Frontiers in microbiology (2020)
  6. Open Database Searching Enables the Identification and Comparison of Bacterial Glycoproteomes without Defining Glycan Compositions Prior to Searching. - Ameera Raudah Ahmad Izaham;Nichollas E Scott - Molecular & cellular proteomics : MCP (2020)
  7. Regulation of Protein Post-Translational Modifications on Metabolism of Actinomycetes. - Chen-Fan Sun;Yong-Quan Li;Xu-Ming Mao - Biomolecules (2020)
  8. The Role of Proteomics in Bacterial Response to Antibiotics. - Foteini Tsakou;Rosa Jersie-Christensen;Håvard Jenssen;Biljana Mojsoska - Pharmaceuticals (Basel, Switzerland) (2020)
  9. The Phage-Encoded N-Acetyltransferase Rac Mediates Inactivation of Pseudomonas aeruginosa Transcription by Cleavage of the RNA Polymerase Alpha Subunit. - Pieter-Jan Ceyssens;Jeroen De Smet;Jeroen Wagemans;Natalia Akulenko;Evgeny Klimuk;Subray Hedge;Marleen Voet;Hanne Hendrix;Jan Paeshuyse;Bart Landuyt;Hua Xu;John Blanchard;Konstantin Severinov;Rob Lavigne - Viruses (2020)
  10. Exoproteomics for Better Understanding Pseudomonas aeruginosa Virulence. - Salomé Sauvage;Julie Hardouin - Toxins (2020)

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