推荐一篇发表在Nat. Chem. Biol.上的论文，题目为“Acylspermidines are conserved mitochondrial sirtuin-dependent metabolites”，通讯作者是康奈尔大学的Frank C. Schroeder教授，该教授主要致力于内源性代谢物的结构和功能揭示。
蛋白质的酰化修饰广泛参与细胞信号传导事件，其修饰水平由酰基转移酶和去酰基化酶调节, 与组蛋白酰化不同的是,线粒体蛋白酰化被认为主要是非酶促的,这是由于高浓度的酰基辅酶A和碱性线粒体环境中导致增强赖氨酸残基亲核取代反应；对于去酰化过程，由于经典的HDACs不定位于线粒体，因此在线粒体中的去酰化过程完全依赖于高度保守的NAD+依赖的Sirtuins蛋白。虽然线粒体蛋白去酰化修饰能够调节细胞代谢和细胞应激反应，然而目前对于去除的酰基基团及其下游代谢命运的表征仍不完整。
在这项工作中，作者采用非靶向代谢组学方法研究线粒体Sirtuins蛋白生化过程。首先，作者将敲除了线虫中定位线粒体的SIR-2.2和SIR-2.3，并比较了野生型和两个敲除株的非靶向代谢组。结果发现在KO SIR-2.3后，m/z 302.2067(ESI+)下调最为显著。为了阐明该特征的化学结构，结合二级谱图数据库，作者认为这一特征来自一对同分异构体，作者提出这个化合物结构为二酰基亚精胺，并通过合成标准品对其猜想进行了验证。接下来，作者开始在代谢组学的数据中搜索线虫中是否存在其他类型的酰基亚精胺，以及它们的丰度是否也依赖于SIR-2.3。作者发现他们鉴定到了大量已知的乙酰化亚精胺以及一系列以前未描述的亚精胺衍生物；包括单酰亚精胺和双酰亚精胺，它们来自一系列常见的短链酸，这些都通过合成标准品进行了结构确认。重要的是，这些亚精胺衍生物在SIR-2.3突变体中的丰度都没有显著降低。总之，代谢组学的分析表明，戊二酰亚精胺的产生依赖于SIR-2.3。
由于在哺乳动物中SIR-2.3显示可以去除酰化修饰，因此作者推测鉴定到的差异代谢物可能与SIR-2.3介导的去除戊二酰化修饰有关。为了检验这种猜想，作者在氨基酸水平比较野生型和敲除株的蛋白组，发现在敲除株中戊二酰化的赖氨酸明显升高，并且也通过戊二酰化的抗体得以证实。目前获得的结果为：在SIR-2.3敲除株中，戊二酰化修饰增加，而戊二酰亚精胺的产生减少，因此很容易猜想，亚精胺是被SIR-2.3去除酰基的承接载体，然而，作者需要证实亚精胺如何与去除的酰基反应的？根据SIR-2.3的脱酰反应过程，他会将酰基转移到辅因子NAD+的核糖上，产生O-glutaryl-ADPR，作者假设O-glutaryl-ADPR中的戊二酰基被丰富的多胺亚精胺捕获。为了验证这一猜想作者做了体外孵育实验，将O-glutaryl-ADPR与亚精胺孵育，戊二酰亚精胺的快速形成。另外，作者还将乙酰CoA与亚精胺反应进行了体外孵育，二者都非常容易产生酰基亚精胺。并且还通过稳定性同位素标记的代谢物进行了进一步的验证。
后续作者还针对小鼠和人的样品进行了代谢组分析，发现一系列化学多样的酰基亚精胺代谢物，并观察到哺乳动物中SIRT5去除酰化修饰后会形成琥珀酰基亚精胺和戊二酰基亚精胺,与SIRT5的已知功能一致。最后作者还发现这种酰基亚精胺类代谢物对对线虫寿命和哺乳动物细胞增殖有不利影响。总之，作者通过非靶向代谢组学分析，揭示了SIRTs蛋白去酰化修饰后的下游代谢通路，鉴定到酰基亚精胺是其保守的下游代谢物。
本文作者：ZJ
责任编辑：MB
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41589-023-01511-2
文章引用：DOI：10.1038/s41589-023-01511-2
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