Running a genetic stop sign accelerates oxygen metabolism and energy production in horses
Gianni M. Castiglione, Xin Chen, Zhenhua Xu, Nadir H. Dbouk, Anamika A. Bose, David Carmona-Berrio, Emiliana E. Chi, Lingli Zhou, Tatiana N. Boronina, Robert N. Cole, Shirley Wu, Abby D. Liu, Thalia D. Liu, Haining Lu, Ted Kalbfleisch, David Rinker, Antonis Rokas, Kyla Ortved, Elia J. Duh
Science 387, 1375 (2025)
表现出异常高的质量调整后摄氧量,以及支持高能量生成的其他代谢适应机制。本研究聚焦NRF2/KEAP1信号通路揭示其分子机制:NRF2调控运动过程中的细胞与组织氧化还原稳态,而KEAP1是其核心负调控因子。研究团队发现马及其他奇蹄目动物KEAP1基因存在提前终止密码子(R15X),其UGA终止密码子被重新编码为半胱氨酸(C15)。该R15C突变通过增强NRF2活性,显著加速氧代谢与ATP生成。
为验证这一发现,研究者首先采用液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)分析马组织及细胞样本。通过亲和富集KEAP1蛋白后,分别采用DDA与靶向检测策略进行分析。MS/MS谱图通过Mascot Server检索本研究构建的马(Equus caballus)蛋白质序列数据库,包含特定设计的马KEAP1结构。鉴于UGA终止密码子在人类和小鼠中可能被重编码为硒代半胱氨酸或半胱氨酸,检索参数特别设置了硒代半胱氨酸修饰及脲甲基化半胱氨酸可变修饰。质谱数据证实马KEAP1第15位点主要呈现半胱氨酸修饰。后续通过结构生物学、细胞功能实验及比较代谢组学系统阐明了该突变的生物学效应链。
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