生豬精準(zhǔn)飼養(yǎng)的重要前提之一是盡可能多地解析營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)的消化、吸收和代謝過程中的生化代謝途徑及其營(yíng)養(yǎng)生理功能。亮氨酸作為豬必需氨基酸之一，主要功能之一是作為底物參與蛋白質(zhì)合成，近年還發(fā)現(xiàn)其可作為信號(hào)分子參與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝過程。當(dāng)機(jī)體處于亮氨酸饑餓等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏的應(yīng)激狀態(tài)時(shí)，自噬過程會(huì)被激活，自噬體包裹待降解的底物與溶酶體融合，內(nèi)容物在溶酶體水解酶的作用下被降解，降解產(chǎn)生的小分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)重新被機(jī)體吸收利用，以滿足應(yīng)激條件下的營(yíng)養(yǎng)需要，維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)。亮氨酸饑餓誘導(dǎo)的自噬過程受到多種蛋白質(zhì)翻譯后修飾的嚴(yán)格調(diào)控，然而是否有新型翻譯后修飾形式參與其中尚不清楚。

 

　　研究人員首先鑒定到亮氨酸饑餓過程中賴氨酸巴豆酰化修飾顯著上調(diào)，當(dāng)飼喂亮氨酸饑餓日糧一周后動(dòng)物肝臟巴豆酰化修飾水平亦顯著增加。巴豆酰化修飾激活劑NaCr處理提高巴豆酰化修飾的同時(shí)，會(huì)激活細(xì)胞自噬過程的發(fā)生。因此，這一結(jié)果提示巴豆酰化修飾在體外或體內(nèi)都與自噬水平呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系。

 

　　接下來，研究人員通過賴氨酸巴豆酰化修飾蛋白質(zhì)組學(xué)鑒定到了一系列受亮氨酸調(diào)控的巴豆酰化修飾蛋白。通過生物信息學(xué)數(shù)據(jù)及驗(yàn)證試驗(yàn)，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)14-3-3ε 蛋白的K73和K78巴豆酰化修飾可能在亮氨酸饑餓誘導(dǎo)自噬過程中發(fā)揮重要作用。14-3-3ε蛋白巴豆酰化缺失突變K73R和K78R可顯著抑制細(xì)胞自噬過程的發(fā)生。通過14-3-3ε蛋白巴豆酰化修飾分子動(dòng)力學(xué)模擬試驗(yàn)，K73和K78巴豆酰化修飾可顯著增加蛋白質(zhì)分子構(gòu)象不穩(wěn)定性，使蛋白質(zhì)分子二級(jí)結(jié)構(gòu)處于一種無序的狀態(tài)。

 

　　最后，研究人員鑒定到PPM1B蛋白是14-3-3ε蛋白下游效應(yīng)分子，該蛋白與14-3-3ε蛋白的互作會(huì)在亮氨酸饑餓處理后消失，PPM1B與14-3-3ε的互作又受到HDAC7調(diào)節(jié)的巴豆酰化修飾的調(diào)控，而PPM1B是自噬起始因子ULK1的磷酸酶。綜上，該研究揭示了亮氨酸缺失首先抑制HDAC7活性，上調(diào)14-3-3ε蛋白的巴豆酰化修飾水平，促使PPM1B蛋白與其發(fā)生解離，釋放的PPM1B去磷酸化ULK1，進(jìn)而激活自噬起始過程的發(fā)生的分子機(jī)制，為生豬精準(zhǔn)飼料配方設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。

 

　　農(nóng)業(yè)微生物學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、湖北洪山實(shí)驗(yàn)室、動(dòng)物育種與健康養(yǎng)殖前沿科學(xué)中心博士研究生鄭子龍為第一作者，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院鐘清教授和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院動(dòng)物醫(yī)學(xué)院晏向華教授為共同通訊作者。該研究受到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（“973”計(jì)劃）的資助。

 

　　【英文摘要】

 

　　Lysine crotonylation as a protein post-translational modification regulates diverse cellular processes and functions. However, the role of crotonylation in nutrient signaling pathways remains unclear. Here, we find a positive correlation between global crotonylation levels and leucine-deprivation-induced autophagy. Crotonylome profiling identifies many crotonylated proteins regulated by leucine deprivation. Bioinformatics analysis dominates 14-3-3 proteins in leucine-mediated crotonylome. expression of 14-3-3ε crotonylation-deficient mutant significantly inhibits leucine-deprivation-induced autophagy. Molecular dynamics analysis shows that crotonylation increases molecular instability and disrupts the 14-3-3ε amphipathic pocket through which 14-3-3ε interacts with binding partners. Leucine-deprivation-induced 14-3-3ε crotonylation leads to the release of protein phosphatase 1B （PPM1B） from 14-3-3ε interaction. Active PPM1B dephosphorylates ULK1 and subsequently initiates autophagy. We further find that 14-3-3ε crotonylation is regulated by HDAC7. Taken together, our findings demonstrate that the 14-3-3ε-PPM1B axis regulated by crotonylation may play a vital role in leucine-deprivation-induced autophagy.

 

　　論文鏈接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247（22）01742-9