在哺乳動物細胞中，HDAC和SIRT是兩大類催化蛋白質(zhì)去乙酰化酶，這兩大類去乙酰化酶對表觀遺傳、基因轉(zhuǎn)錄、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、以及線粒體代謝等起到關(guān)鍵的調(diào)節(jié)控制。在腫瘤的發(fā)生發(fā)展、免疫細胞的激活分化、能量代謝和壽命等其扮演了重要作用。上海生科院（健康院）秦樾研究組最近報道了第三組蛋白質(zhì)去乙酰化酶，即賴氨酸氧化酶(LOX)家族。
該研究發(fā)現(xiàn)，長期以來被認為氧化膠原蛋白或彈性蛋白賴氨酸的賴氨酸氧化酶其實是催化賴氨酸去乙酰化和去氨乙酰化蛋白酶。與過去認為的恰恰相反，這些賴氨酸氧化酶家族成員非但不分泌，反而都大量進入細胞核。比如，LOX家族成員LOXL3就主要分布在免疫細胞的核內(nèi)。在細胞核內(nèi)，LOXL3和轉(zhuǎn)錄因子STAT3相互結(jié)合，從而對STAT3進行去乙酰化或去氨乙酰化修飾。
令人驚訝的是，在調(diào)節(jié)STAT3去乙酰化修飾的反應(yīng)中，ＬOXL3N-端的SRCR重復(fù)序列和ＬOXL3C端過去一直認為的氧化酶催化區(qū)域具有同樣的酶促活性。ＬOXL3N-端的SRCR重復(fù)序列的酶活性遠比ＬOXL3C端域要強。Ｎ-端SRCR重復(fù)序列和Ｃ-端區(qū)域可以獨立地同時催化去乙酰化和去氨乙酰化反應(yīng)。而Ｎ-端SRCR重復(fù)序列承擔著的主要的酶活性功能，Ｃ端的酶域其實是一個副酶活性中心。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了人們以往對LOX酶SRCR域的認識。Ｃ－端酶活性主要靠銅離子來調(diào)節(jié)活性，而Ｎ-端SRCR重復(fù)序列則主要靠每個SRCR序列的三個二硫鍵來維持酶的活性。
通過質(zhì)譜分析，研究人員發(fā)現(xiàn)STAT3是LOXL3的一個重要蛋白底物。細胞因子（IL6）激活的STAT3發(fā)生Ｃ-端乙酰化修飾。過表達LOXL3,STAT3就會被去乙酰化，反之，下調(diào)LOXL3,則使得STAT3乙酰化修飾大大增加。C端區(qū)域的乙酰化參與STAT3二聚體的形成，這一部位的SH2結(jié)構(gòu)域?qū)τ诩毎蜃邮荏w的募集也是至關(guān)重要的。LOXL3對于STAT3的多去乙酰基團雙重酶特性，破壞了STAT3分子的二聚體的合成，抑制了STAT3本身的轉(zhuǎn)錄活性，影響細胞周期和細胞生長的基因調(diào)控，進而影響了下游癌細胞，干細胞，免疫細胞等的增殖和分化。為了探討LOXL3對STAT3的脫乙酰化作用對活體內(nèi)細胞周期和細胞生長的干擾，作者構(gòu)建了LOXL3-/-小鼠。
在LOXL3-/-小鼠脾臟細胞里，STAT3變得持續(xù)性乙酰化修飾。這說明LOXL3的確負責STAT3的去乙酰化修飾。由于STAT3在Ｔ細胞分化中的作用是很明確的，作者們檢測了STAT3負責的Th17細胞分化狀態(tài)。LOXL3-/-小鼠CD4+細胞往Th17細胞分化水平大大增強。意想不到的是,Treg細胞分化方向也被大大提高，結(jié)果是DSS誘導(dǎo)的腸炎，在小鼠被大大抑制住了，具體機制還有待進一步探索和分析。
至此，哺乳動物一共有三大組去乙酰化酶：HDAC, SIRT, 和LOX家族。和SIRT家族類似的是，LOX家族成員不僅僅催化去乙酰化，而且還能催化去氨乙酰化，所以是一個具有雙功能的酶。目前該研究組正在分析ＬOX家族的其他成員的生物學(xué)作用。顯然LOX家族的去乙酰化和全新去氨乙酰化酶作用使得賴氨酸修飾組學(xué)的研究進入新的篇章，這對于免疫細胞抗炎反應(yīng)和腫瘤發(fā)生發(fā)展等的調(diào)控研究具有直接的指導(dǎo)意義。
該工作由秦樾研究組和清華大學(xué)常志杰實驗室合作完成，由博士后馬麗、黃超、王雄軍以及博士生辛大專為共同第一作者。 （科技處）
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