蛋白质乙酰化修饰及其研究策略简介

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所属分类:蛋白质修饰

1.乙酰化修饰简介

细胞是人体最基本的结构与功能单位,主要通过蛋白质来执行复杂的任务,延续人体机能。好比打仗需要不同的兵器,蛋白质执行不同的任务需要进行不同的“变异”,一旦蛋白质“被嫁接”上一种叫“乙酰基”的分子,它就“被修饰”成了乙酰化蛋白质。蛋白质乙酰化指在乙酰基转移酶的作用下,在蛋白质赖氨酸残基上添加乙酰基的过程,是细胞控制基因表达,蛋白质活性或生理过程的一种机制。揭开蛋白质“乙酰化修饰”机理机制,将为研究蛋白质修饰规律打下重要基础。

蛋白质乙酰化修饰及其研究策略简介
乙酰化示意图

研究者发现蛋白质乙酰化修饰参与包括转录调控、信号通路调控、代谢调控、蛋白质稳定性调控以及病原微生物感染调控等多个重要生理功能。蛋白质中的赖氨酸乙酰化修饰还调控蛋白质的多种性质,包括DNA-蛋白质相互作用、亚细胞定位、转录活性、蛋白质稳定性等,除了以上这些重要的生物学功能外,赖氨酸乙酰化蛋白质及其调控酶与衰老和重大疾病(如癌症、神经变形紊乱、心血管疾病等)紧密相联。

2. 调控乙酰化修饰的酶和供体

要对某种修饰的机理和变化进行研究,就必须了解调控修饰的酶和供体,对于乙酰化修饰来说,它的供体即是乙酰辅酶A,也是细胞生理生化代谢中核心TCA循环中关键节点。调控乙酰化修饰的酶主要分为乙酰转移酶和去乙酰化酶:
(1)组蛋白乙酰转移酶(Histoneacetyltransferases,HATs)
组蛋白乙酰化酶通过对组蛋白赖氨酸残基进行乙酰化修饰,减弱DNA与组蛋白之间的相互作用,辅助激活基因转录。组蛋白乙酰化酶主要分为以下几类:
① P300/CBP 家族: 如 p300, CBP。
② SRC/p160 核受体共激活家族: 例如 NCOA1, NCOA3。
③ GCN5 家族: 比如 KAT2a, KAT2b等。
④ MYST (SAS/MOZ) 家族: 如 MYST1, Kat5, MYST2, MYST3, MYST4等。
(2)组蛋白去乙酰化酶(Histone
deacetylases,HDACs)
组蛋白去乙酰化酶主要承担组蛋白乙酰化修饰的清除,辅助抑制基因转录。它们一般均包含一个催化去乙酰化的结构域。一般参与组成多重复合物。HDACs主要被分为四类:① HDAC 1, 2, 3和 8;② HDAC 4, 5, 7 和9,以及HDAC 6 和10;③ SIRT1 -7;④ HDAC 11。

蛋白质乙酰化修饰及其研究策略简介
组蛋白乙酰化和去乙酰化 3.目前乙酰化修饰组学研究策略
(1)定性

利用可以纯化乙酰化底物的抗体A富集并利用高通量质谱检测,该方案具有高灵敏度及高特异性。

蛋白质乙酰化修饰及其研究策略简介
基于抗体富集的高通量蛋白质修饰鉴定实验流程
(2)定量

① SILAC修饰定量:结合SILAC标记技术和蛋白质修饰抗体富集技术相结合,对细胞样本中乙酰化修饰进行相对定量。

②iTRAQ/TMT修饰定量:将iTRAQ/TMT蛋白定量技术和蛋白质修饰富集技术相结合,可对2-10种生物样本中乙酰化修饰进行相对定量

③非标(Label-free)修饰定量:将非标(Label-free)定量技术用于蛋白质翻译后修饰的相对定量,无需稳定同位素标记试剂且定量受样本数量限制。该技术目前已成功应用于乙酰化、磷酸化等修饰的定量,并且也能够用于组织样本中的泛素化定量,解决组织样本中泛素化修饰无法定量的难题(iTRAQ/TMT技术无法用于泛素化的定量)。但是由于实验平行性要求高,没有上诉标记方法定量准确性高。

④稳定同位素二甲基标记修饰定量:将利用甲醛和氰基硼氢化钠组合标记肽段N端和赖氨酸侧链的氨基。通过同位素标记导致的质量偏差,进行串联质谱分析。

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