“乳”此閃耀！奧斯卡DIA乳酸化組讓創(chuàng)新研究不再高不可攀！

中科新生命 2024-07-04

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乳酸化（Lactylation）是于2019年發(fā)現(xiàn)的一種新的蛋白質(zhì)翻譯后修飾，發(fā)生在賴氨酸（K）上。最初的乳酸化是在組蛋白上被發(fā)現(xiàn)，且被證明參與受細菌感染的M1巨噬細胞的穩(wěn)態(tài)調(diào)控^[1]。后續(xù)越來越多的研究表明，非組蛋白上也廣泛分布著乳酸化。目前，乳酸化研究已成為蛋白修飾研究里的新“頂流”， PubMed文章數(shù)及國自然中標數(shù)持續(xù)攀升！

圖1 乳酸化研究Pubmed文章數(shù)及國自然中標數(shù)

乳酸化是一種動態(tài)可逆的翻譯后修飾。乳酸化由乳?；D移酶催化，去乳酸化由去乳酸化酶介導。目前已報道的乳?；D移酶有HAT p300、KAT8^[2]、去乳酸化酶有HDAC1–3、SIRT1–3等，大腸桿菌的乳?；D移酶為YiaC，去乳酸化轉移酶為CobB^[3]。還有許多修飾酶和去修飾酶尚待發(fā)現(xiàn)。

今年，由復旦大學中山醫(yī)院高強教授等人發(fā)表的綜述《Lysine lactylation in the regulation of tumor biology》總結了乳酸化的“雙引擎”作用機制，即：

（1）組蛋白乳酸化：組蛋白上的乳酸化通過改變?nèi)旧w結構、調(diào)控轉錄因子結合以及調(diào)節(jié)基因啟動子區(qū)域的可及性影響基因表達；

（2）非組蛋白乳酸化：乳酸化修飾通過空間位阻、構象改變和電荷中和調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)功能，如通過影響分子互作、酶活性、亞細胞定位等影響蛋白質(zhì)的功能，發(fā)揮調(diào)控功能^[4]。

圖2 乳酸化的“雙引擎”作用機制

修飾蛋白質(zhì)組學作為一種高通量檢測樣本中蛋白質(zhì)修飾位點的高效手段，長期以來被視為發(fā)現(xiàn)修飾特征和修飾變化的首選技術。為了加速和助力乳酸化研究，中科新生命與杭州微米生物的強強聯(lián)合，合作開發(fā)了奧斯卡DIA乳酸化蛋白質(zhì)組產(chǎn)品。該產(chǎn)品使用高特異性乳酸化抗體偶聯(lián)樹脂富集乳酸化肽段+Astral高分辨質(zhì)譜儀DIA檢測，使乳酸化位點的檢出深度達到新的高度。

圖3 奧斯卡DIA乳酸化蛋白質(zhì)組實驗及分析流程

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SALE

產(chǎn)品推薦

亮點一

Astral高分辨質(zhì)譜儀加持，乳酸化位點檢出破19000

突破傳統(tǒng)技術平臺的限制，在多種樣本類型中的乳酸化位點數(shù)破萬，更有項目位點鑒定數(shù)量超19000。

圖4 奧斯卡DIA乳酸化蛋白質(zhì)組項目經(jīng)驗

備注：因客戶數(shù)據(jù)保密性要求，位點數(shù)在千分位上取整；部分樣本具體信息也進行了隱藏。

亮點二

超豐富生信分析，助力乳酸化機制探索

除基礎分析（修飾位點統(tǒng)計、差異修飾分析、motif分析、亞細胞定位、結構域/GO功能/KEGG通路富集分析和蛋白相互作用（PPI）分析），額外提供重要調(diào)控蛋白如轉錄因子、激酶的分析及組學-表型關聯(lián)分析（WGCNA），滿足研究者深層次數(shù)據(jù)挖掘需求。

特色分析
1

轉錄因子分析——基因表達調(diào)控研究

轉錄因子是一類能夠以序列特異性方式結合 DNA并且調(diào)節(jié)轉錄的蛋白質(zhì)。轉錄因子能直接調(diào)控基因的表達，支持細胞命運轉變和對環(huán)境的反應，是一類重要的調(diào)控蛋白。在一項關于心肌梗死的研究中發(fā)現(xiàn)，TGF-β轉錄因子Snail1的乳酸化促進Snail1的核易位，進而激活下游通路激活^[5]。由于轉錄因子特殊的基因調(diào)控功能，特對此類蛋白質(zhì)進行分析。

圖5 轉錄因子分析統(tǒng)計圖

特色分析
2

激酶分析——信號通路調(diào)控研究

激酶（Kinase）是一類從高能供體分子（如ATP）轉移磷酸基團到特定底物上的酶。激酶通過催化底物蛋白質(zhì)磷酸化，進而激活或者抑制底物蛋白質(zhì)活性。因此，激酶是調(diào)控信號通路激活或抑制的的重要分子開關，受到特別地關注。激酶作為一類蛋白質(zhì)也受到乳酸化修飾的調(diào)控。已有研究指出，激酶上的乳酸化可調(diào)控激酶活性，如PKM2 （丙酮酸激酶）K62位點的乳酸化水平增加其丙酮酸激酶活性，進而促進巨噬細胞向修復表型的轉變^[6]。因此，特對發(fā)生了乳酸化的激酶進行分析。

圖6 上下調(diào)乳酸化激酶蝴蝶圖

特色分析
3

表型與組學關聯(lián)分析

我們使用WGCNA（加權基因共表達網(wǎng)絡分析）尋找高度協(xié)同表達的基因模塊(module),并探索基因網(wǎng)絡與關注的表型之間的關聯(lián)關系以及網(wǎng)絡中的核心基因。該分析尤其適合多分組、大隊列的復雜數(shù)據(jù)。

圖7 WGCNA重要結果圖

乳酸化蛋白質(zhì)組應用方向

1. 全面揭示生理病理條件下的蛋白乳酸化（及蛋白質(zhì)組）特征

作為一個新的蛋白翻譯后修飾，乳酸化可同時發(fā)生在組蛋白質(zhì)和非組蛋白質(zhì)上。越來越多的研究表明，乳酸化參與了生理過程和疾?。ㄈ缒[瘤、心血管疾病、炎癥和免疫等）的發(fā)生發(fā)展。因此，全面描繪生理病理條件下的蛋白乳酸化組特征是首要研究方向。此外，乳酸化蛋白質(zhì)組和蛋白質(zhì)組的聯(lián)合研究，將能幫我們揭示乳酸化修飾和蛋白表達間的協(xié)同或獨立變化。

圖8 乳酸和乳酸化參與多種疾病^[7]

2. 生理病理分子機制挖掘

乳酸化究竟如何參與或者說具體是哪些蛋白質(zhì)上的乳酸化以怎么樣的機制參與或介導了生理病理過程是研究者必然要進一步探索的方向。基于乳酸化蛋白質(zhì)組技術鎖定了差異變化的乳酸化位點后，既可以往上游尋找修飾酶或去修飾酶，又可以往下尋找乳酸化調(diào)控的下游分子/通路。而這些圍繞乳酸化進行的分子機制挖掘研究正符合國自然基金支持的方向。

圖9 乳酸生成及乳酸化參與的疾病作用機制^[3]

3. 乳酸化和其他?；揎椀腸ross talk/競爭性修飾研究

乳酸化和其他多種?；ㄒ阴；?、琥珀?；?、巴豆酰化等）均發(fā)生在賴氨酸（K）位點上。同時，這幾個修飾共享一些修飾酶和去修飾酶。此外，乳酸化和乙?；伎梢酝ㄟ^組蛋白調(diào)控基因表達，又都可以通過改變非組蛋白質(zhì)的功能發(fā)揮調(diào)控作用。因此，這些修飾間的crosstalk/競爭性修飾是一個值得深入探索的領域^[8]。

4. 疾病蛋白基因組研究

常見的蛋白質(zhì)基因組研究都包含蛋白質(zhì)組+磷酸化蛋白質(zhì)組，或又根據(jù)研究目的或相關性加入其他種修飾組學。而隨著蛋白質(zhì)乳酸化生物學意義的重要性逐漸被認可，相信乳酸化蛋白質(zhì)組將會被納入到疾病蛋白基因組的研究中。尤其在腫瘤領域，腫瘤細胞更偏好有氧糖酵解的這一代謝特征（Warburg effect）將導致腫瘤微環(huán)境中更多乳酸的積累，而這些乳酸將通過蛋白質(zhì)乳酸化的方式參與到腫瘤的分子調(diào)控過程。因此，我們相信乳酸化蛋白質(zhì)組技術將是疾病蛋白基因組研究的一個重要的候選組學。

圖10 經(jīng)典的蛋白基因組數(shù)據(jù)集^[9]

參考文獻

1.Zhang D, Tang Z, Huang H, et al. Metabolic regulation of gene expression by histone lactylation. Nature. 2019;574(7779):575-580

2.Xie B, Zhang M, Li J, et al. KAT8-catalyzed lactylation promotes eEF1A2-mediated protein synthesis and colorectal carcinogenesis. Proc Natl Acad Sci U S A. 2024;121(8):e2314128121.

3.Wang J, Wang Z, Wang Q, Li X, Guo Y. Ubiquitous protein lactylation in health and diseases. Cell Mol Biol Lett. 2024;29(1):23.

4.Yang Z, Zheng Y, Gao Q. Lysine lactylation in the regulation of tumor biology. Trends Endocrinol Metab. Published online February 22, 2024.

5.Fan M, Yang K, Wang X, et al. Lactate promotes endothelial-to-mesenchymal transition via Snail1 lactylation after myocardial infarction [published correction appears in Sci Adv. 2023 Dec 22;9(51):eadn2108.

6.Wang J, Yang P, Yu T, et al. Lactylation of PKM2 Suppresses Inflammatory Metabolic Adaptation in Pro-inflammatory Macrophages. Int J Biol Sci. 2022;18(16):6210-6225

7.Li X, Yang Y, Zhang B, et al. Lactate metabolism in human health and disease [published correction appears in Signal Transduct Target Ther. 2022 Oct 31;7(1):372. doi: 10.1038/s41392-022-01206-5]. Signal Transduct Target Ther. 2022;7(1):305

8.Shang S, Liu J, Hua F. Protein acylation: mechanisms, biological functions and therapeutic targets. Signal Transduct Target Ther. 2022;7(1):396.

9.Mani DR, Krug K, Zhang B, et al. Cancer proteogenomics: current impact and future prospects. Nat Rev Cancer. 2022;22(5):298-313.