之前我们探讨了蛋白质修饰领域中的磷酸化修饰蛋白质组学技术与应用。磷酸化修饰作为一种重要的蛋白质修饰方式，在细胞信号传导、细胞周期调控等生命过程中发挥着关键作用。但是，蛋白质修饰远不止于此。今天，我们将继续探索蛋白质修饰系列的另一个主题：乙酰化修饰蛋白质组学技术与应用。

研究简史

蛋白的乙酰化修饰最早被发现于20世纪60年代，Vincent Allfrey和Alfred Mirsky在基因表达调控的研究中提出了组蛋白乙酰化可逆修饰对RNA合成具有调节作用的假设。20世纪90年代，研究人员首次发现了转录因子p53的乙酰化，并确定了第一个哺乳动物组蛋白乙酰转移酶(histone acetyltransferases, HATs)和组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase, HDACs)，这些突破性的发现为蛋白乙酰化的研究奠定了基础。

2006年，通过乙酰化肽免疫亲和富集和高分辨率质谱技术，鉴定出了数百个乙酰化位点。2010年，首*个获得FDA批准的乙酰化修饰药物伏立诺他(Vorinostat)开始被用于治疗晚期原发性皮肤T细胞淋巴瘤，这标志着蛋白质乙酰化研究修饰取得了重要突破。

 

修饰原理

蛋白质乙酰化(Acetylation)是蛋白在乙酰基转移酶（或非酶）的催化下，将乙酰基团转移并添加在蛋白赖氨酸残基或蛋白N端上的过程，在调控蛋白质功能、染色质结构和基因表达中起重要作用。

乙酰化修饰主要分为两类：蛋白N端的乙酰化修饰和蛋白赖氨酸上的乙酰化修饰，其中赖氨酸乙酰化是一种可逆的动态修饰过程。

 

生物学功能

蛋白质乙酰化修饰参与生物体生理和疾病相关的关键细胞过程，如基因转录、DNA损伤修复、细胞分裂、信号转导、蛋白质折叠、自噬和代谢。乙酰化可以通过多种机制影响蛋白质功能，包括调节蛋白质稳定性、酶活性、亚细胞定位和与其他翻译后修饰的串扰，以及控制蛋白质-蛋白质和蛋白质-DNA相互作用等。

 

研究技术路线

乙酰化蛋白质组学分析面临着蛋白质组学实验面临的普遍挑战：复杂性、动态范围和时间动态。蛋白质乙酰化的时间动力学调节细胞信号网络的快速激活和失活，进一步使乙酰化蛋白质组的分析复杂化。质谱法是鉴别蛋白乙酰化位点和定量乙酰化变化的关键工具；蛋白乙酰化的质谱分析的难点主要在于修饰蛋白含量较低、电离较差等。因此蛋白的富集对于成功的乙酰化肽质谱分析至关重要。目前主要依赖于抗体法进行乙酰化肽段的富集。

 

应用案例

案例一：乙酰化与癌症研究[4]

文章标题：A proteogenomic portrait of lung squamous cell carcinoma

中文标题：蛋白质组学研究发现肺鳞状细胞癌治疗的新靶点

发表期刊：Cell

影响因子：64.5

组学技术：乙酰化/磷酸化/泛素化修饰蛋白质组学、WES、WGS、RNA&miRNA-seq

研究内容：肺鳞状细胞癌(Lung squamous cell cancer, LSCC)是一种常见肺癌，约占原发性肺癌的40%～51%。作者通过搜集108例未经治疗的原发性肺鳞状细胞癌的肿瘤组织和对应的癌旁组织进行蛋白质基因组学分析，包括磷酸化、乙酰化和泛素化翻译后修饰研究。全面揭示了肺鳞状细胞癌的蛋白组学特征，并发现了肺鳞状细胞癌精准治疗的多个新靶点，具有较为重要的临床指导意义。

 

案例二：乙酰化与抑郁症研究[5]

文章标题：Comprehensive analysis of the lysine acetylome and succinylome in the hippocampus of gut microbiota-dysbiosis mice

中文标题：肠道菌群失调小鼠海马区赖氨酸乙酰化和琥珀酰化的综合分析

发表期刊：Journal of Advanced Research

影响因子：10.7

组学技术：乙酰化/琥珀酰化修饰蛋白质组学

研究内容：肠道菌群紊乱是重度抑郁症(Major depressive disorder, MDD)发病的潜在因素，然而，肠道菌群对宿主功能和行为影响的潜在机制仍不完全清晰。为了进一步了解抑郁症期间宿主-微生物群相互作用的机制，研究分别对接受MDD及健康人群菌群移植的小鼠进行了蛋白质乙酰化和琥珀酰化修饰组的检测，揭示了肠道菌群失调时小鼠海马组织内赖氨酸乙酰化和琥珀酰化的动态变化，为探索肠道菌群失调相关抑郁症的发病机制提供了新的途径，并强调了抑郁症治疗的潜在靶点。

 

案例三：乙酰化与果实性状研究[6]

文章标题：Acetylome reprograming participates in the establishment of fruit metabolism during polyploidization in citrus

中文标题：乙酰化参与调控柑橘异源四倍体化过程中果实性状的建立

发表期刊：Plant Physiol

影响因子：7.4

组学技术：乙酰化修饰蛋白质组学

研究内容：多倍体是植物进化的主要力量。异源多倍体基因组加倍，同时也固定了种间的杂交优势，通常表现出更强的生长势，更好的环境适应能力，在作物改良中发挥着重要的作用。而新性状的出现与翻译后修饰变化之间的关系尚未被充分研究。为了探究柑橘果实在异源四倍体化过程中代谢变化是否与非组蛋白质赖氨酸乙酰化(Lys-acetylation, Kac)的重编程相关，作者对人工合成的柑橘异源四倍体及其二倍体亲本的果实进行了全面的乙酰化蛋白质组学分析。共鉴定到1640个蛋白的4175个乙酰化修饰位点，进一步的研究发现乙酰化修饰在多倍化过程中可以通过调控酶活性和代谢通路发挥重要作用，影响柑橘果实的表型特征。

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参考文献

[1] Verdin Eric,Ott Melanie,50 years of protein acetylation: from gene regulation to epigenetics, metabolism and beyond.[J] .Nat Rev Mol Cell Biol, 2015, 16: 258-64.

[2] Narita Takeo,Weinert Brian T,Choudhary Chunaram,Functions and mechanisms of non-histone protein acetylation.[J] .Nat Rev Mol Cell Biol, 2019, 20: 156-174.

[3] Schilling Birgit,Meyer Jesse G,Wei Lei et al. High-Resolution Mass Spectrometry to Identify and Quantify Acetylation Protein Targets.[J] .Methods Mol Biol, 2019, 1983: 3-16.

[4] Satpathy Shankha,Krug Karsten,Jean Beltran Pierre M et al. A proteogenomic portrait of lung squamous cell carcinoma.[J] .Cell, 2021, 184: 4348-4371.e40.

[5] Liu Lanxiang,Wang Haiyang,Rao Xuechen et al. Comprehensive analysis of the lysine acetylome and succinylome in the hippocampus of gut microbiota-dysbiosis mice.[J] .J Adv Res, 2021, 30: 27-38.

[6] Zhang Miao,Tan Feng-Quan,Fan Yan-Jie et al. Acetylome reprograming participates in the establishment of fruit metabolism during polyploidization in citrus.[J] .Plant Physiol, 2022, 190: 2519-2538.