Chemical Science | 一种检测和鉴定蛋白质乳酰化的生物正交化学报告

大家好，今天给大家分享一篇2022年发表在chemical science的研究论文，题目为

A bioorthogonal chemical reporter for the detection and identification of protein lactylation，文章主要讲述了一种可以检测哺乳动物细胞中蛋白质乳酰化位点的生物正交化学报告分子YnLac。

乳酸除了可以作为代谢物参与细胞的代谢调控，还可以诱导蛋白发生乳酰化修饰。2019 年赵英明课题组首次发现乳酸可诱导组蛋白发生乳酰化修饰，作为组蛋白上的一种表观遗传修饰参与基因的转录调控。但是目前对于乳酰化的研究主要依赖于同位素L-乳酸和PAN乳酰化赖氨酸抗体，不仅耗时长而且对于乳酰化的检测结果也不理想。为了克服现有方法的局限性，本文介绍了一种新的方法，利用YnLac生物正交化学报告分子来进行有效地检测乳动物细胞中的乳酰化位点。

YnLac的设计

之前的研究中发现外源性提供的乳酸钠可以被细胞摄取并代谢结合到乳酰化蛋白上，作者以此作为基础对于乳酸钠进行改造，在甲基端增加了一个炔烃基团形成YnLac分子，该炔烃并不会影响乳酸钠的正常吸收，这样就可以在细胞裂解液水平通过叠氮-炔环加成(CuAAC)使YnLac标记的蛋白与叠氮罗丹明(AZHO)反应并进行荧光分析，结果显示YnLac具有较高的标记效率。

YnLac的荧光表征

接下来作者首先在组蛋白上证明了YnLac的剂量依赖性，而且YnLac与乳酸钠有着比较明显的竞争依赖性，这再次证明YnLac是可以被代谢结合到乳酰化的组蛋白上的。于是作者下一步将目光扩展到了非组蛋白YnLac标记，结果显示仍然具有计量依赖性并且与乳酸钠有着竞争性，这代表YnLac对于非组蛋白的乳酰化检测也十分有效。

YnLac用于 乳酰化化学蛋白质组学研究

在完成YnLac的荧光表征之后，作者开始进行蛋白组组学的研究。细胞吸收 YnLa c 后，破碎提取蛋白，在蛋白水平上与一种可切割的生物素进行CUAAC反应，随后使用磁珠进行富集，富集后将生物素部分切割后进行质谱检测。MS/MS分析表明，YnLac确实参与到组蛋白中多个已知的乳酰化赖氨酸残基中，而且经过蛋白质组学分析检索，结果总共在62个蛋白中鉴定了114个乳酰化位点，其中有一部分还是目前未报道的。这些数据表明YnLac不仅可以直接靶向蛋白质上的赖氨酸残基，还可用于鉴定新的乳酰化位点。随后作者对于这些新发现的乳酰化位点进行PTM数据库搜索，发现大部分的乳酰化位点都至少有一个或多个其他类型的修饰，这证明赖氨酸乳酰化修饰与别的修饰之间存在着一定的竞争关系。GO分析显示乳酰化蛋白更多地出现在细胞核质、细胞核和剪接体中，与RNA剪接、核小体组装和DNA修复等功能有着密切联系，但是前面搜库显示大部分乳酰化蛋白都集中在细胞质区域，这证明这些乳酰化蛋白可能大部分有着双重亚细胞定位。

PARP1乳酰化的功能研究

PARP1是一种多聚ADP-核糖聚合酶，它能以NAD+为供体，将ADP-ribose转移至底物上，形成共价的聚二磷酸腺苷核糖基化修饰(Poly-ADP-ribosylation, PARylation)，在DNA修复中起着至关重要的作用。作者将PARP1上的高乙酰化区域内的7个赖氨酸突变为精氨酸后，PARP1乳酰化水平明显下降，并且细胞内PARylation水平随之下降，这些结果表明PARP1乳酰化后具有更强的活性。

综上所述，作者开发了一种可以检测细胞内乳酰化位点的新型探针Ynlac，并结合化学蛋白质组学发现了许多新的乳酰化位点，通过实验验证了PARP1通过乳酰化水平来调节其ADP-核糖化水平，这给我们以后的工作提供了很多思路。