拟南芥棕榈酰转移酶AtzDHHC1修饰的S型脂酰化蛋白的筛选与鉴定

蛋白质S型脂酰化是指将长链脂肪酸（通常是16碳的棕榈酸）通过硫酯键共价连接到蛋白质的半胱氨酸残基上的一种翻译后修饰，由蛋白质脂酰转移酶（protein acyltransferases , PATs），又称棕榈酰转移酶家族催化。它在哺乳动物癌症、心血管疾病、传染病和神经系统疾病中起重要作用，与植物异源三聚体G蛋白信号、钙离子信号、钾离子运输、胁迫信号及植株感病等细胞功能有关。然而至今，对于PATs的酶活机理仍然知之甚少。我们从拟南芥中分离到一个新的棕榈酰转移酶，命名为AtzDHHC1，在本研究中，我们拟采用脂酰生物素转换法，联合新开发的iTRAQ比较定量蛋白质组学技术，筛选、鉴定拟南芥AtzDHHC1修饰的S型脂酰化蛋白，揭示AtzDHHC1修饰调控的信号转导分子机制，对植物氮素等营养成分利用效率研究以及植物抗病、耐盐碱等抗逆性研究具有重要意义。

许多蛋白合成后需要经过一系列的修饰方可行使其在细胞内的功能，比如蛋白的磷酸化、泛素化、酯酰化等。蛋白的棕榈酰化是酯酰化的一种，由棕榈酰转移酶（PAT）催化。在这一反应中，16碳的长链饱和脂肪酸棕榈酸与位于蛋白上的特异半胱氨酸Cys上的-SH基结合，形成可逆的硫醇酯键。一些信号蛋白，比如动物中的G蛋白α亚基及G蛋白受体等往往会被棕榈酰化修饰。这类修饰有助于蛋白的膜定位、蛋白在不同膜系统的穿梭、阻止蛋白的降解等功能。蛋白棕榈酰化修饰在人类的重大疾病，比如癌症、脑神经疾病等中起到重要作用，所以，这一领域的研究从最近10年开始成为医学界的研究热点。然而，蛋白棕榈酰化在植物中的研究刚起步，仅2005年就拟南芥中的一个棕榈酰转移酶TIP1（又名AtPAT24）进行了克隆、功能鉴定的研究。.本课题对拟南芥24个棕榈酰转移酶中的两个进行了深入研究。一个是AtPAT10 (AtzDHHC1)，另一个是AtPAT14。首先将它们的酶活性用酵母互补及体外生化实验得以验证；其次用荧光共聚焦显微镜就其亚细胞定位进行了观察，证明二者均主要定位于高尔基体，此外，AtPAT10还定位于液泡膜上。最后对它们的基因敲除突变体进行了研究，以解析其生物功能。AtPAT10的突变体植株严重矮化，结实极少，这与其细胞体积小、细胞数目减少有关。初步研究表明，AtPAT10可能是催化钙敏素CBL2、CBL3的棕榈酰转移酶，因为二者的液泡膜定位在atpat10突变株中消失，由此AtPAT10通过对钙及其它矿物质的吸收来调节植物的抗盐性。AtPAT14的基因敲除突变体也比野生型小，其主要表型为早衰。就其激素水平、有关衰老基因的定量表达及自噬过程进行了研究，结果表明AtPAT14通过调节SA的合成和感应来控制拟南芥的衰老，这与JA、ABA等激素无关，与自噬过程也无关。这一研究结果首次表明了蛋白棕榈酰化过程在叶片衰老中所起到特殊的作用。.通过对这两个新的拟南芥PAT及其前人对AtPAT24的研究表明，蛋白棕榈酰化在植物的生长发育、繁殖、早衰及生理胁迫等过程中起到重要作用。因此，研究棕榈酰转移酶的功能既有理论意义，又有生产实践意义。