邹文安
景杰编者按：真核生物的基因表达受到严格的调控，一方面是受到转录因子的调控；另一方面在表观遗传水平受到调控。组蛋白的修饰是表观遗传学的重要组成部分，今年来随着高分辨质谱技术的迅速发展，研究人员得以鉴定这些新型的组蛋白修饰。其中以芝加哥大学赵英明教授课题组的成果最为突出：他们先后鉴定8种新型酰化修饰，如丙酰化Kpr、丁酰化Kbu、琥珀酰化Ksucc、巴豆酰化Kcro等。一方面将我们对组蛋白修饰的认识从之前的甲基化和乙酰化拓展到十余种修饰；另一方面将组蛋白密码从200种扩展到400余种，极大增加我们对组蛋白修饰的认识。近期，来自德国的研究人员发现，组蛋白上的丙酰化修饰可以作为染色质活化的标志，尤其是H3K14位点最为显著。上述研究成果发表在著名学术期刊Nature structural & molecular biology。景杰生物作为全球蛋白质及翻译后修饰的领跑者，可以为您提供一整套常规蛋白质组学及修饰组学研究的解决方案，同时还能为您提供高灵敏度的修饰类泛抗体，助力您的研究工作。
关键词：丙酰化Kpr、丁酰化Kbu、H3K14、组蛋白、表观遗传修饰
研究思路和成果：
首先研究人员利用Kpr、Kbu的抗体对HeLa细胞中组蛋白修饰进行富集，随后利用蛋白质质谱对修饰位点进行鉴定，结果发现5个Kpr、7个Kbu位点，都位于组蛋白N末端（图 1）。因为H3K14的乙酰化修饰调控基因表达，因此接下来研究人员主要关注H3K14丙酰化和丁酰化的生物学功能。
图1. HeLa细胞组蛋白中发生Kpr和Kbu的位点
接下来，研究人员分析参与Kpr和Kbu修饰的酶。之前研究表明p300、CBP参与蛋白质丙酰化和丁酰化修饰。这里，体外的放射性自显影实验表明，除了p300外，GNAT家族成员GCN5和PCAF也参与上述酰化修饰（图 2），随后的遗传实验证据也支持上述结论（将上述酰基转移酶基因knockdown后下调组蛋白酰化修饰）。
图2. GCN5和PCAF参与组蛋白的Kpr和Kbu修饰
Kpr和Kbu的酰基来源分别是丙酰辅酶A和丁酰辅酶A，而这些酰基供体都来自脂肪酸代谢途径。而脂肪酸代谢途径是会影响组蛋白酰化修饰。这里，研究人员接下来想看看干预这些酰基辅酶A是否会影响组蛋白酰化修饰。他们knockout上述酰基辅酶A降解的基因：分别是PCC和ACADS。结果表明，上述酰基辅酶A降解受到抑制，其含量增加，细胞内蛋白的酰化水平也增加（图3），组蛋白的酰化也随之增加。这表明细胞代谢和组蛋白修饰存在一定的关联。
图3. 抑制酰基辅酶A的降解，导致细胞内蛋白酰化水平增加
接下来，研究人员利用ChIP-seq分析基因组上H3K14pr和H3K14bu的分布。结果表明这两种修饰（31-35%）比乙酰化修饰（22%）还要倾向分布在转录起始位点（图 4），暗示其参与染色质活化。
图4. ChIP-seq实验表明，H3K14pr和H3K14bu倾向分布在基因组的转录起始区域
为了了解H3K14pr和H3K14bu的调控，研究人员寻找了识别上述修饰的reader蛋白。利用peptide pulldown实验，通过蛋白质质谱鉴定和上述peptide识别的蛋白，结果发现这些peptide都识别PBAF（polybromo-associated BAF）蛋白（图 5）。
图5. H3K14pr和H3K1bu肽段和PBAF蛋白结合
总结：
研究人员这里发现组蛋白H3K14pr修饰和染色质的活化有关，并且也证实脂肪酸代谢和组蛋白修饰的关系，同时发现识别上述修饰的reader蛋白。我们相信随着组蛋白修饰的重要性被越来越多的研究人员重视，更多酰化修饰的生物学功能，各种酰化修饰间的crosstalk也会被报道，我们对基因的表达调控的研究也会越发深刻。
参考文献：
Adam F Kebede, et al. (2017). Histone propionylation is a mark of active chromatin. Nature structural & molecular biology.
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