蛋白質賴氨酸的乙醯化修飾及其功能的研究，是近十年內蛋白質翻譯後修飾的熱點之一。除了乙醯化修飾外，芝加哥大學趙英明教授實驗室陸續發現並報導的丙醯化、丁醯化、巴豆醯化、琥珀醯化、丙二醯化、2-羥基異丁醯化、3-羥基丁醯化、戊二醯化等八種醯化修飾。
這些蛋白質修飾廣泛參與表觀遺傳調控，代謝途徑調控和生殖發育等重要的生物學過程，極大加深了我們對蛋白質翻譯後修飾的認識。 除了組蛋白上發生這些醯化修飾外，非組蛋白上醯化修飾的發現也逐漸揭示出蛋白質翻譯後修飾對生命活動調控的廣泛性與多樣性【1】。近期，景傑生物的合作者接連在蛋白質組學領域著名專業期刊Molecular & Cellular Proteomics上發表三篇論文，闡述乙醯化、琥珀醯化、2-羥基異丁醯化，三種修飾分別在三種微生物中的鑑定與功能探索，體現出這些醯化修飾廣泛而多樣的翻譯後調控功能。
蛋白質賴氨酸乙醯化最早報導於1968年，並且在1997年後逐漸發現非組蛋白乙醯化修飾的廣泛存在【2】。2010年，來自復旦大學的趙世民教授和中科院上海植生所的趙國屏院士發現，在原核細胞如沙門氏菌中，中心代謝的眾多酶也受到乙醯化調控，從而應對環境中碳源的變化【3】。參與該研究的還有復旦大學管坤良、熊躍教授、上海生化所曾嶸研究員、上海交大姚玉峰教授等人。
2017年11月，中國農業科學院油料作物研究所龔陽敏團隊和景傑生物合作，在學術期刊Molecular & Cellular Proteomics發表文章【4】，研究者應用蛋白質組學技術全面分析硅藻模式生物Phaeodactylum tricornutum乙醯化修飾圖譜，一共鑑定到1220個蛋白上共2324個乙醯化修飾位點，是目前植物領域賴氨酸乙醯化位點鑑定的新紀錄。
圖1. 通過蛋白質組學鑑定賴氨酸乙醯化修飾
研究表明，幾乎所有的脂肪酸合成代謝中的酶類都存在賴氨酸乙醯化，同時，位點突變等實驗證實醯化輔酶A合成酶ACSL1蛋白特定位點K407與K425的乙醯化水平能夠增強酶活性，並且其乙醯化水平受到Sirt家族去乙醯化酶調控。該項研究闡明蛋白質賴氨酸乙醯化修飾調控醯化輔酶A合成酶ACSL1活性，並且指明賴氨酸乙醯化修飾在這一硅藻模式生物中對脂肪酸代謝的潛在調控功能。
圖2. 醯化輔酶A合成酶ACSL1蛋白存在賴氨酸乙醯化修飾
且受到Sirt家族去乙醯化酶調控
蛋白質賴氨酸琥珀醯化修飾最早由芝加哥大學趙英明教授實驗室發現【5】，後續的研究表明，賴氨酸琥珀醯化修飾廣泛存在於真核或原核生物中，並且與乙醯化修飾存在大量的Overlap【6】。
圖3. 賴氨酸琥珀醯化修飾廣泛存在於真核或原核生物並且與乙醯化修飾存在大量overlap
2018年1月初剛剛於Molecular & Cellular Proteomics期刊發表的文章以黃麴黴這一常見病原黴菌為研究對象，報導了賴氨酸琥珀醯化修飾的存在以及對黃麴黴素合成以及黴菌致病性的影響，主導該項研究的是來自福建農林大學的汪世華教授團隊，參與該項研究的還有中科院水生生物研究所的葛峰研究員【7】。
研究者應用景傑生物獨家開發的特異性琥珀醯化修飾泛抗體富集琥珀醯化修飾肽段結合蛋白質組學技術，成功鑑定到黃麴黴菌349個琥珀醯化修飾蛋白上985個琥珀醯化修飾位點。這些琥珀醯化修飾蛋白廣泛參與到多種黃麴黴菌生物過程調控中，且尤其在黃麴黴素合成通路中存在富集。
圖4. 黃麴黴菌多種代謝調控通路中賴氨酸琥珀醯化修飾的富集
通過對黃麴黴素合成途徑關鍵酶AflE蛋白的點突變實驗表明，AflE蛋白琥珀醯化修飾影響黃麴黴素的生物合成。此外，該項研究獲得的賴氨酸琥珀醯化修飾圖譜也極大豐富了我們對黃麴黴菌代謝調控網絡的深入理解與解析。
圖5. 黃麴黴素合成關鍵酶AflE蛋白琥珀醯化修飾影響黃麴黴素合成
2014年趙英明課題組在 Nature Chemical Biology發文首次報導賴氨酸2-羥基異丁醯化修飾【8】，發現該修飾在物種間廣泛存在、在進化上保守，並指出組蛋白H4K8hib對精子細胞的分化起到重要的調控作用。
以這篇文章為基礎，清華大學戴俊彪教授、北京蛋白質中心錢小紅教授和趙英明教授合作，於2017年在PNAS發文【9】，報導了釀酒酵母通過調節葡萄糖代謝穩態對組蛋白H4K8hib的修飾水平進行調控，初步確定在酵母中去修飾作用由Rpd3p和Hos3p聯合介導完成。構建起一個Khib，葡萄糖代謝和酵母時序壽命的功能調控網絡。並且對H4K8hib這一新組蛋白標誌的功能調控有了更深入的認識。
2018年1月初，天津醫科大學基礎醫學院的張鍇教授團隊與景傑生物合作的奇異變形桿菌（Proteus mirabilis）2-羥基異丁醯化修飾工作，在線發表於Molecular & Cellular Proteomics【10】，應用景傑生物獨家開發的2-羥基異丁醯化修飾泛抗體富集結合高解析度蛋白質譜分析，研究共鑑定到1051個蛋白上共4735個2-羥基異丁醯化修飾位點。結合生物信息學分析，研究發現大量2-羥基異丁醯化修飾發生在如：嘌呤代謝，戊糖磷酸途徑，糖酵解與糖異生等能量代謝過程，並且通過實驗證實了2-羥基異丁醯化修飾的豐度與碳源類型相關。
圖6. 2-羥基異丁醯化修飾鑑定
研究者隨後證明了ENO蛋白K343位點2-羥基異丁醯化修飾通過影響底物2-磷酸-D-甘油酸 （2PG）與酶活中心的結合，負調控ENO蛋白酶活性。
圖7. 2-羥基異丁醯化修飾對ENO蛋白酶活性的影響
該項研究作為原核生物奇異變形桿菌中第一個非組蛋白2-羥基異丁醯化修飾圖譜鑑定，該修飾在細菌中的後續功能研究提供了新的思路。
綜上所述，蛋白質賴氨酸醯化修飾廣泛存在於真核與原核生物中，並且參與到以能量代謝為主的多種生理生化過程，越來越多的文章揭示並證明了醯化修飾的關鍵性與廣泛性。而「應用蛋白質譜分析獲得修飾圖譜，選取關鍵調控蛋白進行功能驗證」這一思路，讓我們可以從系統生物學的水平了解醯化修飾的變化，為尋找深入研究的切入點奠定基礎。
參考文獻：
1. Benjamin Sabari, et al. Metabolic regulation of gene expression through histone acylations. Nature Reviews Molecular Cell Biology 2017; 18: 90–101
2. Wei Gu and Robert Roeder. (1997). Activation of p53 sequence-specific DNA binding by acetylation of the p53 C-terminal domain. Cell 90, 595–606.
3. Qijun Wang, et al. (2010). Acetylation of metabolic enzymes coordinates carbon source utilization and metabolic flux. Science 327,1004-1007.
4. Zhuo Chen, et al. (2017). Acetylome profiling reveals extensive lysine acetylation of the fatty acid metabolism pathway in the diatom Phaeodactylum tricornutum. Mol Cell Proteomics. RA117.000339.
5. Zhihong Zhang, et al. (2011). Identification of lysine succinylation as a new post-translational modification. Nature Chemical Biology 7, 58-63.
6. Brian Weinert, et al. (2013). Lysine succinylation isa frequently occurring modification in prokaryotes and eukaryotes and extensively overlaps with acetylation. Cell Reports 4, 842–851.
7. Ren, S., et al. (2018). Lysine succinylation contributes to aflatoxin production and pathogenicity in Aspergillus flavus. Mol Cell Proteomics.RA117.000393.
8. Lunzhi Dai, et al. Lysine 2-hydroxyisobutyrylation is a widely distributed active histone mark. Nature Chemical Biology 2014; 10: 365-370
9. Jing Huang, et al. 2-Hydroxyisobutyrylation on histone H4K8 is regulated by glucose homeostasis in Saccharomyces cerevisiae. PNAS 2017; 114: 8782-8787
10. Dong, H., et al. (2018). Systematic identification of lysine 2-hydroxyisobutyrylated proteins in Proteus mirabilis. Mol Cell Proteomics.RA117.000430.
景傑生物通過整合以組學為導向（包括基因蛋白質組學和組蛋白密碼組學）的生物標誌物發現、以生物標誌物為導向的藥物研發、以高質量抗體為基礎的診斷試劑盒開發這三個環節，逐步構建起「疾病精準分層」、「精準藥物研發」、「疾病精準診斷」 三位一體的精準醫療產業化發展的運作鏈條，從而為精準醫療產業化開創出一片廣闊前景, 並開闢出一條可行路徑。