「精」亦求精——巴豆醯輔酶A水合酶CDYL調控組蛋白巴豆醯化而影響...

2020-12-07 生物谷

景傑編者按：

組蛋白修飾是表觀遺傳學研究的重要方向，其影響了基因的表達調控，和眾多生理、病理過程有密切的聯繫。除了研究較充分的組蛋白乙醯化、甲基化外，景傑生物的科學顧問，芝加哥大學趙英明教授課題組近年來鑑定了八種新型修飾，極大地增加人們對組蛋白修飾的認識，開闢了表觀遺傳調控的新領域。之後的一系列後續研究表明，組蛋白的醯化有眾多的生物學功能，引起研究者的普遍關注關注，而巴豆醯化修飾（crotonylation）就是其中的熱點之一。近日，景傑生物與北京大學醫學部的尚永豐院士合作，在Molecular Cell上發表組蛋白巴豆醯化修飾的最新 研究成果1，該研究揭示了CDYL（chromodomain Y-like transcription corepressor ）作為水合酶，催化crotonyl CoA和  β-hydroxylbutyryl-CoA的轉化，進而調控組蛋白巴豆醯化水平的新機制，揭示了一種全新的蛋白醯化修飾的新機制。景傑生物作為全球蛋白質及翻譯後修飾的領跑者，可以為您提供一整套常規蛋白質組學及修飾組學研究的解決方案，同時還能為您提供高靈敏度的修飾類泛抗體，助力您的研究工作。

關鍵詞：CDYL、水合酶、巴豆醯化、3-羥基丁醯化、表觀遺傳學、精子發生

研究思路和成果：

組蛋白翻譯後修飾在基因轉錄調控和染色質重塑等染色質調節過程中發揮重要作用。近年來，以芝加哥大學趙英明教授為代表的科學家們利用質譜技術發現了很多新型的組蛋白修飾類型，如琥珀醯化、丙二醯化、巴豆醯化等。景傑生物針對這些新型修飾獨家開發了一系列的抗體和質譜檢測體系，極大地推動了該領域的研究進展。例如，洛克菲勒大學的David Allis和清華大學的李海濤教授分別發現了p-300具有巴豆醯轉移酶活性，YEATS結構域作為閱讀器（reader）可以識別蛋白質巴豆醯化修飾2.3。最近，景傑生物又和北大醫學部的尚永豐院士合作，在著名學術期刊Molecular Cell上發表新的研究成果1，揭示了CDYL能夠通過水解巴豆醯輔酶A負調控組蛋白的巴豆醯化修飾，進而調節轉錄和精子發生的過程（圖1）。

研究者首先通過體外實驗的方法證明CDYL具有直接的巴豆醯輔酶A（crotonyl-CoA）水合酶活性，催化crotonyl-CoA轉化為beta-hydroxylbutyryl-CoA。已知CDYL可以和染色質結合，因而推測CDYL可以通過降低底物濃度的形式來調節組蛋白的巴豆醯化修飾水平。為了驗證這個假設，研究者分別使用WB和質譜兩種方法檢測CDYL knockdown前後的HeLa細胞系的組蛋白巴豆醯化修飾水平。在質譜檢測的層面，結合了高特異性的抗體富集和高分辨質譜分析，檢測到了36個巴豆醯化修飾位點，其中8個位點在CDYL-KO的細胞中顯著上調，並且這些上調位點主要分布於組蛋白的N端，這些位點的巴豆醯化可能對組蛋白的結合和聚集狀態有重要的調節作用（圖2）。其中差別最大的是H2BK12cr位點，在CDYL-KO細胞系中上調2.6倍。該位點隨後作為後續的主要研究對象。

已知組蛋白巴豆醯化可以促進相應區域的基因表達和轉錄2，因此作者接下來檢測了CDYL對下遊基因表達的影響。結果發現CDYL能夠促進其結合的DNA區域的基因表達（如BNDF、NEUROD1、SCG10、MYT1），而對非結合區域的基因無顯著影（如HOXA3），因此CDYL是特異性的、局部發揮轉錄調節作用的。此外，作者還發現CDYL的Chromodomain和Catalytic domain對於其發揮組蛋白巴豆醯化調節和轉錄抑制功能都是必需的（圖3）。

已知組蛋白的巴豆醯化參與了精子發生的過程4，因此研究者進一步研究了CDYL在該過程中的作用。作者發現在小鼠睪丸中CDYL和組蛋白巴豆醯化呈現相斥的分布，這符合二者之間的負調控關係。而過表達CDYL的小鼠其組蛋白的巴豆醯化水平出現下降，並且導致其精子數量的減少和精子活力的降低（圖4）。

該項研究是這是尚永豐院士及其團隊在組蛋白修飾和表觀遺傳領域的又一重大突破，景傑生物開發的抗體和質譜檢測體系在其中發揮了重要作用。研究成果揭示了不僅全新的巴豆醯化調節機制、闡明了CDYL蛋白的新的功能，也拓寬了人們對於組蛋白修飾功能和重要性的認識和理解。
 
參考文獻：
1. Shumeng Liu, et al. Chromodomain protein CDYL acts as a crotonyl-CoA hydratase to regulate histone crotonylation and spermatogenesis. Molecular cell, 2017.
2. Sabari Benjiamin, et al. Intracellular crotonyl-CoA stimulates transcription through p300-catalyzed histone crotonylation. Molecular cell, 2015, 58(2): 203-215.
3.  Yuanyuan Li, et al. Molecular coupling of histone crotonylation and active transcription by AF9 YEATS domain. Molecular cell, 2016, 62(2): 181-193.
4. Minjia Tan et al. Identification of 67 histone marks and histone lysine crotonylation as a new type of histone modification. Cell, 2011, 146(6): 1016-1028.

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。(生物谷Bioon.com)

圖1組蛋白巴豆醯化修飾受到CDYL的調節並在精子發生過程中起到重要作用

圖2 CDYL能夠負調控細胞的組蛋白巴豆醯化

圖3 CDYL負調控組蛋白巴豆醯化並抑制相關基因的表達

圖4 CDYL抑制小鼠睪丸中的組蛋白巴豆醯化

 


 

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