邹文安
蛋白质赖氨酸乙酰化（Kac）是一种以乙酰辅酶A为供体的可逆翻译后蛋白质修饰。组蛋白乙酰化在真核细胞基因表达的表观遗传调控中起着重要作用。基于质谱(MS)的蛋白质组学的进展表明，除了发生在组蛋白上外，Kac也广泛存在于不同生物体中具有不同生物学功能的非组蛋白质上。特别是植物中，大部分能量代谢酶，如糖酵解、三羧酸(TCA)循环以及光合作用都受到Kac的修饰。然而，目前Kac对大多数蛋白质功能的影响是未知的。此外，植物中负责调控非组蛋白乙酰化修饰调控的酶也并不清楚。因此，探究非组蛋白乙酰化修饰的调控机制对于进一步理解蛋白翻译后修饰对蛋白功能的调控机制具有非常重要的研究意义。
2021年4月9日，华中农业大学生命科学技术学院周道绣教授团队在国际著名期刊Nucleic Acids Research发表了最新研究论文，首次在水稻中报道了水稻组蛋白去乙酰化酶对非组蛋白（特别是核糖体蛋白）乙酰化修饰的功能研究。该研究为进一步理解非组蛋白乙酰化修饰的调控机制提供了新的见解。
在本研究中，研究人员首先利用定量质谱技术（景杰生物提供）对细胞质定位的组蛋白去乙酰化酶(hda705、hda706和hda714)突变体进行了水稻蛋白乙酰化组分析，结果发现发现组蛋白去乙酰化酶HDA714是水稻非组蛋白的主要调控因子，突变该基因导致大量的非组蛋白的位点乙酰化修饰水平上升，其中包括参与翻译调控的核糖体蛋白(r蛋白)以及翻译因子。
对其他物种的乙酰基组的分析表明，r蛋白的乙酰化修饰在真核生物中普遍存在，但是其调控机制目前鲜有报道。在水稻中总共鉴定了105 个r蛋白被酰化修饰。突变HDA714导致大量r蛋白的乙酰化水平显著增加。通过BIFC和Co-IP等蛋白互作实验证明HDA714可以直接调控r蛋白的乙酰化修饰。此外，通过翻译组学测序（Ribo-seq）发现，r蛋白的乙酰化显著增加了核糖体对mRNA的结合效率（Ribosome binding efficiency），而过高的结合则导致核糖体的翻译暂停频率显著增加。
综上所述，该研究表明水稻组蛋白去乙酰化酶HDA714作为水稻中主要的HDAC，调控着水稻体中非组蛋白的赖氨酸乙酰化修饰，同时该研究也揭示了Kac作为核糖体一种新的翻译后修饰，能够促进核糖体与mRNA的结合。该研究将Kac修饰从基因表达水平的调控认知扩展到蛋白翻译水平，深化了表观调控机制，同时为后续非组蛋白乙酰化的功能研究奠定了基础。
值得一提的是，周道绣教授团队先前研究发现，在饥饿胁迫和淹水胁迫下，水稻中组蛋白巴豆酰化(lysine crotonylation，Kcr)、丁酰化(lysine butyrylation，Kbu)和乙酰化(acetylation)修饰，相互作用来调控相关基因的表达【2】。这也提示我们巴豆酰化、琥珀酰化等新型酰化修饰的维度进一步理解蛋白质翻译后修饰调控中的重要意义。
该研究得到国家自然科学基金重点项目的支持，华中农业大学生命科学技术学院、作物遗传改良国家重点实验室徐秋涛博士为第一作者，赵毓教授也参与了本研究，周道绣教授为文章通讯作者。徐秋涛博士受到华中农业大学生命科学技术学院百川计划支持。
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参考文献
1. Qiutao Xu, et al., 2021, Rice histone deacetylase HDA714 controls acetylation of ribosomal proteins. Nucleic Acids Research.
2. Lu Y, et al., 2018, Dynamics and functional interplay of histone lysine butyrylation, crotonylation, and acetylation in rice under starvation and submergence. Genome Biology.