Comprehensive analysis of the gut microbiome and post-translational modifications elucidates the route involved in microbiota-host interactions

琥珀酰化 生物 乙酰化 肠道菌群 微生物群 失调 海马结构 磷酸化 细胞生物学 计算生物学 遗传学 免疫学 神经科学 基因
作者
Haiyang Wang,Lanxiang Liu,Xueyi Chen,Yangdong Zhang,Wenxia Li,Wenwen Li,Lian Wang,Xiaolong Mo,Hong Wei,Ping Ji,Peng Xie
出处
期刊:Zoological Research [Science Press]
卷期号:45 (1): 95-107 被引量:6
标识
DOI:10.24272/j.issn.2095-8137.2023.008
摘要

The gut microbiome interacts with the host to maintain body homeostasis, with gut microbial dysbiosis implicated in many diseases. However, the underlying mechanisms of gut microbe regulation of host behavior and brain functions remain unclear. This study aimed to elucidate the influence of gut microbiota on brain functions via post-translational modification mechanisms in the presence or absence of bacteria without any stimulation. We conducted succinylome analysis of hippocampal proteins in germ-free (GF) and specific pathogen-free (SPF) mice and metagenomic analysis of feces from SPF mice. These results were integrated with previously reported hippocampal acetylome and phosphorylome data from the same batch of mice. Subsequent bioinformatics analyses revealed 584 succinylation sites on 455 proteins, including 54 up-regulated succinylation sites on 91 proteins and 99 down-regulated sites on 51 proteins in the GF mice compared to the SPF mice. We constructed a panoramic map of gut microbiota-regulated succinylation, acetylation, and phosphorylation, and identified cross-talk and relative independence between the different types of post-translational modifications in modulating complicated intracellular pathways. Pearson correlation analysis indicated that 13 taxa, predominantly belonging to the Bacteroidetes phylum, were correlated with the biological functions of post-translational modifications. Positive correlations between these taxa and succinylation and negative correlations between these taxa and acetylation were identified in the modulation of intracellular pathways. This study highlights the hippocampal physiological changes induced by the absence of gut microbiota, and proteomic quantification of succinylation, phosphorylation, and acetylation, contributing to our understanding of the role of the gut microbiome in brain function and behavioral phenotypes.

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