大家好，今天分享一篇发表在Nature Communications上的文章Distribution and diversity of classical deacylases in bacteria，通讯作者是来自德国格赖夫斯瓦尔德大学生物化学研究所的Michael Lammers教授，他们组主要研究酰化修饰及其相关调控酶。
在哺乳动物中，蛋白质氨基上的酰化修饰发挥了重要的调节功能，它们往往由多种酰化酶及去酰化酶共同调节。相比哺乳动物，针对细菌中酰化及去酰化酶研究较少，目前认为细菌中的去酰化过程主要由少数几种经典Zn2+依赖的赖氨酸脱酰酶完成。在本文中，作者对细菌中经典脱酰化酶DAC进行了全面研究，对其预测出的多种酶进行了催化能力和结构特征的系统分析。
首先，作者通过多序列比对对多种细菌中潜在的DAC进行预测，并根据哺乳动物中已知的DAC进行聚类，由此发现了5类集群。集群1、2、5中包含一些已报道的哺乳动物和细菌来源的酶，而集群3、4仅有细菌来源的酶；这种聚类的结果也提示了这些酶在进化上的相关性。后续，作者从每个集群的酶中都选择了有代表性的酶进行纯化并进行功能和结构分析。他们首先发现不同集群的酶的寡聚状态是不一样的，同一集群蛋白的寡聚状态和结构则具有高度的相似性。之后，他们用带有乙酰化修饰的赖氨酸或者肽段测试蛋白的去乙酰化能力，发现同一集群的蛋白也有不同的催化能力和底物偏好性，一些蛋白还具有去除聚胺乙酰化的能力，但是所测蛋白都没有能够去琥珀酰化、戊二酰化、豆蔻酰化的能力。
接下来，作者主要用X射线衍射得到了7个经典去酰化酶的晶体结构，来解释他们在催化活性上的相似性及特异性。在相似性方面，这些酶的整体结构类似于经典的哺乳动物中去乙酰化修饰酶的结构，有保守的催化位点并遵循相似的Zn2+依赖的催化机制。寡聚化过程对底物选择性和催化活性起到了调节作用，N末端C末端的延展性、保守的序列偏好基序及表面的电势也对底物的选择性产生了影响，活性位点周围的区域则对酰基链的选择性和产物释放过程进行调节。集群4中的PsApaH因其二聚化状态、催化活性位点周围高负电荷基团以及与底物间形成盐桥而具有较好的乙酰化聚胺底物选择性；而集群3中的蛋白LcApaH及LpApaH具有较好的脱乙酰化活性，他们和细菌侵染过程中的毒性蛋白密切相关，并可能通过结构中的独特结构和其他蛋白产生相互作用，共同影响侵染过程。
最后，作者检测了哺乳动物的去乙酰化酶抑制剂对上述几种细菌DAC的活性影响，发现氢氧甲酸盐抑制剂SAHA/TSA能通过在哺乳动物中类似的机制占据活性催化位点并对大部分细菌DAC产生抑制效果，但也有一些酶由于其结构特异性无法被抑制。作者也解析了这些蛋白和抑制剂复合物的晶体，为后续开发细菌DAC抑制剂提供了支持。
总之，本文系统研究了细菌中去酰化酶，对其底物选择性进行了测定，通过结构解析对其催化过程的各种偏好性进行了解释，也为未来针对细菌DAC抑制剂的开发提供了资源。
