揭示乙酰辅酶 A 合成的调控密码：AcsA/AcuA 复合物的关键作用

在细胞代谢中，乙酰辅酶 A（Ac-CoA）合成至关重要，而乙酰辅酶 A 合成酶（Acs）活性过高会影响细胞。为探究其调控机制，研究人员开展了 AcsA 与 AcuA 相互作用的研究。结果发现二者形成紧密复合物，不同调控模式调节 AcsA 活性，为理解 Ac-CoA 合成调控提供依据。

　　在细胞的微观世界里，营养物质的变化时刻影响着细胞的代谢活动。“醋酸盐开关” 现象备受关注，当细胞所处环境的葡萄糖等能产生醋酸盐的碳源耗尽时，细胞会开启 “醋酸盐开关”，将醋酸盐作为替代碳源，而这一过程的核心是醋酸盐转化为乙酰辅酶 A（Ac-CoA）。乙酰辅酶 A 合成酶（Acs）在其中发挥关键作用，它能催化醋酸盐生成 Ac-CoA。然而，Acs 若过度活跃，会导致 ATP 耗尽，使细胞生长停滞。此前已知 AcsA 可通过可逆乙酰化调节活性，如枯草芽孢杆菌中的 AcsA，其催化赖氨酸（Lys549）能被 GCN5 相关 N - 乙酰转移酶（GNAT）AcuA 乙酰化，进而调控 AcsA 活性，但具体机制尚不明晰。

为深入探究这一机制，来自德国马克斯 - 普朗克陆地微生物研究所、马尔堡大学等机构的研究人员开展了相关研究。研究成果发表在《Nature Communications》上，为理解 Ac-CoA 的生物合成调控提供了重要依据。

研究人员主要运用了冷冻电镜（cryo-EM）、氢氘交换质谱（HDX-MS）、质谱光度法（MP）等技术。冷冻电镜用于解析蛋白质复合物的结构；氢氘交换质谱可检测蛋白质在复合物形成过程中的构象变化；质谱光度法能在接近生理浓度下确定蛋白质复合物的化学计量组成。

AcsA 和 AcuA 在无 Ac-CoA 时可形成稳定复合物

研究人员最初研究 AcuB 对 AcsA 的功能影响，在体外下拉实验中，以纯化的谷胱甘肽 - S - 转移酶（GST）标记的 AcsA 为诱饵，发现 AcsA 与 AcuA 在无 Ac-CoA 时存在稳定相互作用，而 AcuB 和 AcuC 不与 AcsA 结合。进一步实验表明，ATP、AMP 和 CoA 不影响该相互作用，而 Ac-CoA 可使其消失。质谱光度法分析显示，AcsA-AcuA 复合物存在不同组成形式，最大为包含 2 个 AcsA 和 2 个 AcuA 的四聚体。

冷冻电镜揭示 AcsA 和 AcuA 的交织相互作用界面

利用冷冻电镜对 AcsA-AcuA 蛋白复合物进行结构分析，得到 AcsA 同二聚体和 AcsA-AcuA 复合物的结构。在 AcsA-AcuA 复合物中，AcsA 的 C 末端结构域（CTD）与 AcuA 的催化结构域结合，AcuA 的 C 末端与 AcsA 的 N 末端结构域（NTD）相互作用。通过氢氘交换实验验证了该结合界面，同时发现 AcsA 的 K549 和 AcuA 的 C 末端对复合物形成至关重要。

AcuA 以不依赖 Ac-CoA 的方式限制 AcsA 活性

通过将不同比例的 AcsA 和 AcuA 混合进行 AcsA 活性测定，发现 AcuA 可限制 AcsA 活性，且可能是 “混合型” 抑制剂。构建 AcuA_E102Q 变体（无法催化 AcsA_K549 乙酰化）实验表明，AcuA 可通过与 AcsA 结合抑制其活性。此外，AcuA C 末端肽段也能干扰 AcsA 活性，证实 AcuA C 末端是 “不依赖 Ac-CoA 抑制” AcsA 的重要元素。

AcsA-AcuA 复合物对生理 Ac-CoA 浓度敏感

研究发现，增加 Ac-CoA 浓度可破坏 AcsA-AcuA 复合物，不同复合物对 Ac-CoA 敏感性不同，其中 AcsA₂·AcuA₂复合物最易受影响。醋酸盐浓度升高也会减少复合物形成，在饱和 ATP 和 CoA 条件下，较高醋酸盐浓度（如 200μM、500μM 和 1000μM）可分别破坏 AcsA₂·AcuA₂、AcsA₂·AcuA₁和 AcsA₁-AcuA₁复合物。这表明高细胞醋酸盐浓度似乎是激活 AcsA 所必需的，而在醋酸盐缺乏时，复合物保持完整，使 AcsA 处于非活性状态。

在讨论部分，研究揭示了一种未被报道的不依赖 Ac-CoA 的空间位阻抑制 AcsA 活性的模式。AcsA 和 AcuA 形成的紧密复合物，使 AcsA 的两个结构域处于不利于催化的 “锁定” 状态，减少了蛋白质乙酰化和去乙酰化的无效循环。AcuA 与 AcsA 结合的状态类似于预激活状态，一旦有 Ac-CoA 存在，AcuA 可迅速使 AcsA 乙酰化失活。此外，AcuA 可能通过三种不同模式使 AcsA 失活，且不同 AcsA-AcuA 亚复合物的存在可实现对 Acs 活性的动态控制。

综上所述，该研究揭示了 AcsA 和 AcuA 形成的复合物在调控 Ac-CoA 生物合成中的关键作用，发现了新的调控模式，为理解细胞代谢调控机制提供了重要线索，也为相关疾病的治疗提供了潜在靶点。