상단을 통해 Corynebacterium 글루타미쿰 프로테오폼이 드러나는 모습

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 2602(2023) 이 기사 인용

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코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium 글루타미쿰)은 아미노산의 산업적 생산뿐만 아니라 광범위한 기타 생명공학 제품에 널리 사용되는 박테리아입니다. 본 연구는 C. 글루타미쿰 프로테오폼의 특성화와 하향식 프로테오믹스를 사용하는 번역 후 변형(PTM)을 설명합니다. PTM이 C. 글루타미쿰 대사 조절에 역할을 한다는 이전 증거에도 불구하고, 이는 이 유기체에 대한 최초의 하향식 프로테옴 분석입니다. 우리는 273개의 단백질에서 1125개의 단백질 형태를 식별했으며, 60%의 단백질이 적어도 하나의 질량 이동을 나타내어 여러 아세틸화, 산화 및 포르밀화된 단백질 형태를 포함하여 PTM의 존재를 암시합니다. 또한, 아미노산 생산, 단백질 분비 및 산화 스트레스와 관련된 단백질은 대량 이동으로 확인되었으며, 이는 이 산업의 주력 분야에서 생명공학적으로 관련된 프로세스에 영향을 미칠 수 있는 특성화되지 않은 PTM 및 프로테오폼의 존재를 시사합니다. 예를 들어, 막 단백질 mepB와 SecG는 각각 절단된 단백질과 포르밀화된 단백질 형태로 확인되었습니다. 중앙 대사에서 OdhI는 잠재적인 생물학적 관련성이 있는 두 가지 프로테오폼, 즉 절단된 프로테오폼과 70Da 질량 이동에 해당하는 PTM이 있는 프로테오폼으로 확인되었습니다.

코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium 글루타미쿰) 박테리아는 대규모 기질 풀에서 광범위한 생체분자를 생산할 수 있는 산업용 일꾼이며1 현재 L-알파 아미노산 생산을 위한 최선의 선택입니다2. 아미노산 생산은 수십억 달러 시장을 대표하며3, 연간 생산량은 전 세계적으로 약 1,000만 톤2이며, l-글루타메이트와 l-라이신은 각각 연간 330만 톤과 220만 톤에 해당합니다2. 아미노산 생산 외에도 C. 글루타미쿰은 이종 단백질4, 유기산5, 카로티노이드, 이소부탄올6, 폴리머7 생산과 같은 다른 생명공학 공정에도 활용되며, 최근에는 생물학적 정화 공정에서의 잠재력이 조사되었습니다8.

최근 단백질체학의 발전은 여러 종의 박테리아에서 번역 후 변형(PTM)의 중요성을 입증했습니다9. C. 글루타미쿰에서는 PTM의 중요성이 이전에 조사되어 l-글루타메이트 생산에서 옥소글루타레이트 탈수소효소 억제제(OdhI) 인산화의 결정적인 효과가 밝혀졌습니다. 최근에는 C. 글루타미쿰의 질량 분석 프로테오믹스를 통해 OdhI12를 포함한 C. 글루타미쿰 대사 단백질의 숙시닐화 및 아세틸화에 대한 l-글루타메이트 생성 조건의 영향을 보여주었습니다.

현재 상향식과 하향식이라고 하는 두 가지 주요 단백질체학 접근법이 있습니다. 간략하게, 상향식 접근 방식에서는 단백질이 프로테아제(보통 트립신)에 의해 절단되고 후속 펩타이드가 질량 분석법으로 분석되는 반면, 하향식 절차에서는 단백질이 손상되지 않은 형태로 검사됩니다13. 프로테아제 소화의 결과로 PTM을 포함한 상향식 접근 방식에서 여러 단백질 영역의 정보가 손실될 수 있습니다. 또한, 이 접근법에서 단백질 동일성은 펩타이드 식별을 기반으로 유추되며, 이는 펩타이드가 둘 이상의 단백질에 속할 수 있는 경우 모호성을 유발할 수 있습니다. 대조적으로, 하향식 접근 방식을 사용하면 단백질의 전체 서열을 식별할 수 있습니다. 또한, 손상되지 않은 형태의 단백질을 분석하면 동일한 유전자에서 파생된 다양한 형태의 단백질로 정의되는 프로테오폼을 식별할 수 있습니다. 이러한 proteoform은 아미노산 잔기 치환, 단백질 분해 절단, 대체 접합 및 여러 유형의 PTM에 의해 생성될 수 있습니다. 더욱이, 동일한 단백질의 서로 다른 단백질 형태는 서로 다른 기능을 가질 수 있으며 유기체의 생물학적 과정에 영향을 미칠 수 있습니다16. 하향식 단백질체학의 힘은 다른 박테리아에도 적용되었습니다. 예를 들어, 대장균의 하향식 프로테오믹스 및 프로테오폼 식별이 수행되었습니다. C. 글루타미쿰 대사에서 PTM의 관련성에 대한 증거에도 불구하고 현재까지 하향식 단백질체학 연구는 발표되지 않았습니다. 여기에서 우리는 PTM과 프로테오폼을 식별하고 밝히기 위해 전구체 관용 접근법을 사용하여 C. 글루타미쿰에 대한 최초의 하향식 프로테오믹스 분석을 수행했습니다.

Pro or UnimodAC: 1145, Δm = −1.997892 Da, Met- > Glu) or didehydro (UnimodAC: 401, Δm = −2.015650 Da) in the modified region. Moreover, several PrSMs were identified with Δm of approx. 30 Da. Inspection of its spectra resulted in the confirmation of this mass shift, but it is more likely that it resulted from two PTMs, one of 14 Da and other of 16 Da (supplementary Fig. S6), possibly corresponding to methylation and oxidation, respectively. Furthermore, an isotopic envelope could be detected near this identified proteoform (Δm = 30 Da) with the intact mass of the −2 Da modification of HMADP (supplementary Fig. S6, precursor in blue)./p>