Molecular Systems Biology

Large‐scale characterization of post‐translational modifications (PTMs), such as phosphorylation, acetylation and ubiquitination, has highlighted their importance in the regulation of a myriad of signaling events. While high‐throughput technologies have tremendously helped cataloguing the proteins modified by these PTMs, the identification of lysine‐methylated proteins, a PTM involving the transfer of one, two or three methyl groups to the ε‐amine of a lysine side chain, has lagged behind. While the initial findings were focused on the methylation of histone proteins, several studies have recently identified novel non‐histone lysine‐methylated proteins. This review provides a compilation of all lysine methylation sites reported to date. We also present key examples showing the impact of lysine methylation and discuss the circuitries wired by this important PTM.

Bacterial genomes encode hundreds to thousands of enzymes, most of which are specialized for particular functions. However, most enzymes have inefficient promiscuous activities, as well, that generally serve no purpose. Promiscuous reactions can be patched together to form multistep metabolic pathways. Mutations that increase expression or activity of enzymes in such serendipitous pathways can elevate flux through the pathway to a physiologically significant level. In this study, we describe the discovery of three serendipitous pathways that allow synthesis of pyridoxal‐5′‐phosphate (PLP) in a strain of E. coli that lacks 4‐phosphoerythronate (4PE) dehydrogenase (PdxB) when one of seven different genes is overexpressed. We have characterized one of these pathways in detail. This pathway diverts material from serine biosynthesis and generates an intermediate in the normal PLP synthesis pathway downstream of the block caused by lack of PdxB. Steps in the pathway are catalyzed by a protein of unknown function, a broad‐specificity enzyme whose physiological role is unknown, and a promiscuous activity of an enzyme that normally serves another function. One step in the pathway may be non‐enzymatic.

Hiểu biết về hành vi tế bào heterogene trong một mô phức tạp yêu cầu đánh giá các mạng lưới tín hiệu tại độ phân giải tế bào đơn lẻ. Tuy nhiên, việc khảo sát tín hiệu trong các mô biểu mô bằng cách phân tích tế bào đơn lẻ dựa trên lưu lượng kế đã bị làm phức tạp bởi sự cần thiết phải phân tách tế bào đơn lẻ, trong đó việc phá vỡ mối liên kết tế bào - tế bào vô tình làm xáo trộn các trạng thái tín hiệu tế bào bản địa. Tại đây, chúng tôi trình bày một chiến lược mới (Tháo rời để Tín hiệu Nội bào trong Tế bào Biểu mô Đơn lẻ từ Mô—DISSECT) giúp bảo tồn tín hiệu bản địa cho các ứng dụng Lưu lượng kế Thời gian bay (CyTOF) và lưu lượng kế huỳnh quang. Một phân tích 21-plex CyTOF bao gồm các dấu hiệu tín hiệu cốt lõi và dấu hiệu nhận dạng tế bào đã được thực hiện trên biểu mô ruột non sau khi kích thích yếu tố hoại tử khối u alpha toàn thân (TNF‐α). Các phân tích không giám sát và có giám sát đã chọn một cách mạnh mẽ các đặc điểm tín hiệu xác định một tập hợp tế bào biểu mô độc đáo nhạy cảm với sự apoptosis do TNF‐α gây ra trong quần thể tế bào ruột mảnh nhìn như đồng nhất. Cụ thể, p‐ERK và sự apoptosis được điều hòa khác biệt trong các tế bào ruột lân cận trong biểu mô, cho thấy một cơ chế sống phụ thuộc vào tiếp xúc. Phương pháp tế bào đơn lẻ mới của chúng tôi có thể được áp dụng rộng rãi, sử dụng cả CyTOF và lưu lượng kế đa tham số, để điều tra các trạng thái tế bào bình thường và bệnh tật trong nhiều loại mô biểu mô.

Phát triển và tái tạo hệ thần kinh yêu cầu sự hình thành chính xác của các sợi trục và nhánh sợi. Các kinase và phosphatase là những điều tiết viên phổ biến của chức năng tế bào và đã được chỉ ra có vai trò trong việc kiểm soát sự phát triển và tái sinh của sợi trục. Chúng tôi đã thực hiện một phân tích tăng cường chức năng để xác định các chức năng của kinase và phosphatase trong việc điều chỉnh hình thái neuron. Hơn 300 kinase và 124 estease và phosphatase đã được nghiên cứu thông qua phân tích nội dung cao trên các neuron hồi hải mã của chuột cống. Các protein trước đây đã được chỉ ra có liên quan đến sự tăng trưởng neurite, như ERK1, GSK3, EphA8, FGFR, PI3K, PKC, p38, và PP1a, đã được xác nhận có tác động trong các thử nghiệm chức năng của chúng tôi. Chúng tôi cũng đã xác định được những điều tiết tích cực và tiêu cực mới cho sự phát triển neurite. Những điều này bao gồm các kinase được điều chỉnh phát triển neuron như thụ thể activin, yếu tố điều tiết interferon 6 (IRF6) và lặp lại leucine giàu trong neuron 1 (LRRN1). Protein kinase N2 (PKN2) và kinase choline α (CHKA), cùng với các phosphatase PPEF2 và SMPD1, hầu như không có chức năng đã được thiết lập trong chức năng neuron, nhưng đã đủ để thúc đẩy sự tăng trưởng neurite. Thêm vào đó, phân tích đường dẫn cho thấy rằng các thành viên của các con đường tín hiệu liên quan đến sự tiến triển của ung thư và hình thành trục đã tăng cường sự phát triển của neurite, trong khi các con đường liên quan đến cytokine đã ức chế đáng kể việc hình thành neurite.