蛋白质翻译后修饰（PTMs）是指通过在蛋白质氨基酸侧链上共价结合小分子集团，改变蛋白质的结构、活性、定位和互作关系，从而快速而特异性地调节蛋白质功能，是细胞内的一种重要调控机制。目前，通过质谱和泛抗体富集技术，已鉴定出200多种PTMs，其中赖氨酸酰化是应用最广泛的PTM之一。赖氨酸-2-羟基异丁酰化（2-Hydroxyisobutyrylation, Khib）是芝加哥大学赵英明教授课题组于2014年首次发现的，其成果发表在Nature Chemical Biology 上 [1]。这是一种较高丰度的翻译后修饰类型，在原核生物和真核生物中广泛存在。其与糖代谢、氨基酸合成、糖酵解等生物学过程密切相关。2018年，赵英明教授联合中国科学院深圳先进技术研究院戴俊彪研究员、四川大学戴伦治教授在Cell Research 发文[2]，借助景杰生物高特异性二羟基异丁酰化泛抗体及修饰蛋白质组学方法，首次报道了哺乳动物细胞二羟基异丁酰化谱，系统性研究了Khib的修饰酶（TIP60）和去修饰酶（HDAC2、HDAC3）及其调控底物的分子机制。2021年1月11日，华中农业大学植物科学技术学院黄俊斌教授课题组在植物学领域著名期刊Journal of Integrative Plant Biology 发表了题为“Comprehensive identification of lysine 2-hydroxyisobutyrylated proteins in Ustilaginoidea virens reveals the involvement of lysine 2-hydroxyisobutyrylation in fungal virulence”的研究论文[3]，首次揭示了Khib修饰参与调控植物病原真菌致病力，并揭示了Khib在水稻重要病原稻曲菌致病中的调控机制，从新的视角揭示了蛋白质翻译后修饰Khib在稻曲菌致病中的重要地位。景杰生物为该研究提供特异性二羟基异丁酰化泛抗体。该研究首先表明，Khib修饰广泛存在于稻曲菌、稻瘟菌、小麦赤霉菌、炭疽菌等植物病原真菌中，且修饰位点丰富。使用TMT定量蛋白组学在稻曲菌中鉴定到3,426个Khib修饰位点、977个Khib修饰蛋白，侵染过程稻曲菌中Khib修饰水平上调。图1 稻曲菌（U. virens）中2-羟基异丁酰化蛋白的表征及功能注释
Khib修饰除了对组蛋白进行 Khib修饰外，还能广泛分布于不同细胞结构的非组蛋白上。研究结果表明， Khib修饰蛋白在细胞核、细胞质、线粒体等多种细胞器中均有分布。其参与了多种生物学过程，如代谢、糖酵解、糖异生等。一些 Khib修饰蛋白还与毒力和应激反应相关的蛋白高度相关，包括 MAPK途径、核糖体结构组分、翻译起始因子、细胞自噬和 Septin蛋白等。研究发现，UvRpd3具有去Khib活性，并参与稻曲菌致病力的调控。UvSlt2是MAPK途径上的一个激酶，其也被鉴定位是一种Khib修饰蛋白。UvRPD3可以与UvSlt2互相作用，并清除Khib修饰。UvSlt2上的 Khib修饰位点K53、K60突变（单突变型和双突变）会导致UvSlt2的致病性和酶活性均明显降低。而K53、K60位点的Khib修饰和R突变对UvSlt2蛋白的结构几乎没有影响，但能改变UvSlt2蛋白的疏水性调控酶活性，从而影响稻曲菌的致病力。图2 UvRpd3具有脱-2-羟基异丁酰酶活性，UvSlt2是2-羟基异丁酰化的蛋白质
该研究使用基于TMT的定量蛋白质组学方法对水稻假黑穗病真菌Ustilaginoidea virens中的Khib进行了全面评估，表明Khib是U. virens中常见且复杂的PTM，其参与了多种生物过程，同时具有高度相互联系的蛋白网络，其中包括许多毒力因子。值得注意的是，UvRpd3可去除U. virens中的2-羟基异丁酰化和乙酰化，而UvSlt2中Khib位点的突变可通过增加疏水性溶剂表面积降低UvSlt2酶及其底物之间的结合，显着降低真菌毒力。该发现建立了Khib作为U. virens的主要翻译后修饰，并指出Khib在这种植物病原性真菌的毒性中具有重要作用。景杰生物为该研究提供特异性二羟基异丁酰化泛抗体，感谢华中农业大学植物科学技术学院黄俊斌教授课题组的信任和支持！
1. Lunzhi Dai, et al. 2014. Lysine 2-hydroxyisobutyrylation is a widely distributed active histone mark. Nature Chemical Biology.2. He Huang, et al. 2018. Landscape of the regulatory elements for lysine 2-hydroxyisobutyrylation pathway. Cell Research.3. Xiaoyang Chen, et al. 2021. Comprehensive identification of lysine 2-hydroxyisobutyrylated proteins in Ustilaginoidea virens reveals the involvement of lysine 2-hydroxyisobutyrylation in fungal virulence. Journal of Integrative Plant Biology.
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邹文安