赖氨酸琥珀酰化是一种新兴的蛋白质翻译后修饰，由芝加哥大学赵英明教授团队发现，并于2010年在Nature chemical biology上发表相关文章[1]。近年来，琥珀酰化修饰已获得越来越多的关注。乳酸脱氢酶A（LDHA）是有氧糖酵解的关键酶，在胃癌（GC）、食管癌、胰腺癌等多种肿瘤中均高表达，而这也往往与不良预后和高转移率有关，因此有望成为预防和治疗肿瘤的新靶点。然而，赖氨酸琥珀酰化在GC中的作用以及其与LDHA的关系仍未被发掘。

2020年8月，南京医科大学尤强团队在J Exp Clin Cancer Res (IF=7.068) 发表题为"Lysine-222 succinylation reduces lysosomal degradation of lactatedehydrogenase a and is increased in gastric cancer"的文章[2]，揭示了由K63泛素化的LDHA与SQSTM1结合介导的LDHA降解的溶酶体通路，同时表明了赖氨酸琥珀酰化的新作用以及LDHA在GC中上调的机制。本研究的琥珀酰化修饰组学由景杰生物提供技术服务。

1、胃癌组织与相邻正常组织之间的蛋白质琥珀酰化存在显著差异

为了了解蛋白质翻译后修饰对胃癌组织的影响，作者分别对胃癌组织和正常组织（样本策略）进行LC-MS/MS分析（质谱策略），进而定量分析了蛋白质赖氨酸琥珀酰化水平。结果表明，胃癌组织和对照组存在许多蛋白质和Ksuc位点的差异表达，包括56个上调位点和127个下调位点。

图1 人类GC中赖氨酸琥珀酰化的蛋白质组量化分析

2、LDHA在GC中上调，并在K222上高度琥珀酰化

因为LDHA在许多肿瘤组织中都是高水平表达，所以作者研究了GC组织与对照组中LDHA的水平，结果发现GC组织中LDHA的蛋白表达水平比正常组织高。质谱分析表明，GC组织中K222上的LDHA被琥珀酰化，其中LDHA琥珀酰化水平是相邻正常组织的1.42倍。作者进一步研究发现，GC组织中K222suc-LDHA的水平明显高于邻近的正常组织。

图2 LDHA在GC中K222处高度表达和琥珀酰化

3、LDHA在溶酶体中通过与SQSTM1结合而被降解

人LDHA蛋白中存在许多泛素化位点，其中也包括K222位点。为了确定K222琥珀酰化是否会影响LDHA的泛素化，作者构建了标记LDHA质粒转染AGS细胞，并且利用相关抗体检测其泛素化水平。WB结果显示，LDHA的泛素化水平与K222的琥珀酰化无明显关联。随后作者利用自噬溶酶体同路的两种抑制剂（氯喹、BafA1）来处理LDHA过表达的AGS细胞。结果发现，实验组LDHA表达水平有了显著的升高。这些结果表明，LDHA确实是由自噬溶酶体通路降解的。泛素蛋白酶体通路和自噬溶酶体通路并非完全相互独立，SQSTM1就是这两个通路中的联系之一。作者随后进行了免疫共沉淀、WB、PLA等实验，结果证明LDHA可以与SQSTM1相互作用。

图3 LDHA通过与SQSTM1结合使溶酶体降解

4、K222suc通过减少K63泛素化的LDHA与SQSTM1的结合，增加LDHA的水平

为了研究K222suc对LDHA稳定性的影响，作者利用蛋白合成抑制剂CHX、蛋白酶体抑制剂MG132以及氯喹、BafA1处理了相应的细胞。实验结果表明，CHX处理后，K222E蛋白水平稳定而LDHA、K222R的水平显著下降。MG132处理则使K222E表达升高，而LDHA、K222R的水平无明显变化。氯喹、BafA1处理使三者均升高。这些结果表明，K222E在细胞中积累，K222suc可以抑制LDHA的溶酶体降解。

随后，作者发现K222E能与SQSTM1结合，但LDHA与SQSTM1的相互作用比K222E强得多。此外，K63连接的泛素化促进了LDHA与SQSTM1的结合。这些结果表明，K63连接的LDHA泛素化通过促进其与SQSTM1的结合而导致其降解，而K222上的琥珀酰化通过减少其与SQSTM1的相互作用而抑制LDHA的降解。

图4 K222suc可以减少K63-泛素化的LDHA与SQSTM1的结合，从而减少其降解

综上，本篇研究不仅揭示了赖氨酸琥珀酰化的新作用以及LDHA在胃癌中上调的机制，也为未来临床上胃癌的治疗提供了指导意义。

参考文献：

1. Zhihong Zhang, et al., 2010. identification of lysine succinylation as a new post-translational modification. Nature Chemical Biology.

2. Xiang Li, et al., 2020. Lysine-222 succinylation reduces lysosomal degradation of lactate dehydrogenase a and is increased in gastric cancer. J Exp Clin Cancer Res.

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