Acetylation is one of the most crucial post-translational modifications affecting the protein function. Protein acetylation was catalyzed by acetyltransferase, and acetyl-CoA is the source of the acetyl group incorporated into certain lysine residues of proteins. Additionally, acetyl-CoA has been known to play critical roles to balance between carbohydrate metabolism and fatty acid synthesis. In this study, we have attempted to study whether lysine acetylation is an important process during adipocyte differentiation. Adipogenesis was significantly reduced by treatment with lysine deacetylase inhibitor TSA. Through acetylome analysis during adipogenesis, various proteins displaying significant quantitative changes were identified by LC-MS/MS analysis. Among these, malate dehydrogenase 1 (MDH1) is focused. The acetylation level of MDH1 increased up to 5-fold at late stage of adipogenesis. Moreover, overexpression of MDH1 in 3T3-L1 preadipocytes induces the significant promotion of the adipogenesis. The introduction of mutations to putative lysine acetylation sites (especially at Lys-118) showed significantly loss of promotion effect of adipogenic differentiation. Furthermore, the acetylation of MDH1 induced the dramatic enhanced enzymatic activity and subsequently intracellular NADPH level. Additionally, the effects of acetylation of malate dehydrogenase 2 and prohibitin on adipogenesis were examined. The results clearly suggest that the adipogenic differentiation could be regulated by acetylation of various metabolic proteins and that the protein lysine acetylation is one of the cross-talk mechanisms between adipogenesis and intracellular physiological states.
아세틸화는 가장 중요한 전사 후 변형 방법 중의 하나로 단백질 기능을 조절하는 역할을 한다. 단백질 아세틸화는 아세틸기전이효소에 의해 촉매되고, 아세틸조효소에이 (acetyl-CoA)가 단백질의 라이신기에 아세틸기를 제공함으로써 이루어진다. 이러한 아세틸화조효소는 당질대사와 지방산 합성 간의 균형을 유지하는 중요한 역할도 하고 있는 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 단백질 라이신기의 아세틸화가 지방세포 분화에 있어 중요한 역할을 함을 밝히고자 한다. 우선 지방세포로의 분화가 단백질 탈아세틸화효소 억제제인 TSA에 의해 현저히 저하되었다. 그리고 액체크로마토 질량분석기를 통하여 지방세포로 분화되는 과정에서 많은 단백질들의 아세틸화가 일어남을 확인하였다. 우리는 아세틸화가 일어나는 단백질 중에서 말산탈수소효소 1 (MDH1)을 중심으로 연구하였다. 지방세포 분화동안 MDH1의 아세틸화는 5배 증가하였다. MDH1이 과발현된 3T3-L1 전구지방세포는 지방세포로의 분화 속도가 매우 빨라졌지만, 특정 라이신기 (라이신기 118)에 아세틸화가 일어나지 못하게 한 돌연변이MDH1은 과발현이 되더라도 지방세포로의 분화가 현저히 감소되었다. 뿐만 아니라 MDH1 아세틸화는 효소 활성과 세포 내의 NADPH를 현저히 증가시켰다. 그리고 MDH1 이외에 MDH2와 prohibitin의 아세틸화 또한 지방세포 분화와 관련있음을 규명하였다. 본 연구는 다양한 대사 관련 단백질들의 아세틸화가 지방세포 분화를 조절하고, 지방세포 분화와 세포의 생리적 상태간의 상호조절을 할 수 있는 방법중의 하나가 단백질 라이신기의 아세틸화라는 가능성을 제시한다.
