?????? 來自上海交通大學(xué)系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)研究院陶生策團隊，聯(lián)合中國科學(xué)院深圳先進研究院戴俊彪團隊以蛋白質(zhì)芯片為載體、以釀酒酵母作為研究對象，結(jié)合組蛋白標(biāo)記特異性抗體，發(fā)展了一套簡便通用的重要蛋白上游蛋白質(zhì)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。這項研究成果于 2018年 6 月 5 日在 Molecular & Cellular Proteomics （MCP）上在線發(fā)表。
?????? 作為生命活動的主要執(zhí)行者，蛋白質(zhì)的含量和翻譯后修飾的改變都會影響其功能，從而影響生命進程并導(dǎo)致疾病的發(fā)生。因此了解細胞內(nèi)蛋白質(zhì)如何被調(diào)控對于我們理解生命過程意義重大。探索特定蛋白/基因與靶蛋白的關(guān)系通常采用基因擾動的方法改變基因的表達水平，檢測其對靶蛋白的含量和/或翻譯后修飾水平的影響，從而獲得該蛋白/基因?qū)Π械鞍椎恼{(diào)控關(guān)系。
?????? 組蛋白是細胞內(nèi)最重要的蛋白質(zhì)類型之一，是核小體的重要組成部分，而核小體是染色體的構(gòu)成單位。組蛋白能夠被多種小分子基團，如甲基和乙?；?，進行修飾，從而改變其與DNA和其他蛋白質(zhì)的相互作用，影響基因的轉(zhuǎn)錄激活，參與多種細胞生命活動，如細胞分化、細胞凋亡和X染色體失活等。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的組蛋白修飾類型已達21種，而特定位點的特定修飾，即組蛋白標(biāo)記（histone mark）種類已有500多種。對于這些組蛋白標(biāo)記在體內(nèi)是怎樣被精確調(diào)控卻知之甚少。
?????? 在本研究中，研究人員以釀酒酵母非必需基因敲除庫和必需基因的溫度敏感突變庫的細胞裂解液為樣本，構(gòu)建了一張包含5,159個單基因敲除/突變菌株的細胞裂解液芯片，覆蓋82%的酵母基因組。為了驗證該芯片可以應(yīng)用于組蛋白標(biāo)記的調(diào)控蛋白的全局性發(fā)現(xiàn)研究，研究人員以兩個研究得較為清楚的組蛋白標(biāo)記H3K4三甲基化和H3K36三甲基化為例，通過簡單的芯片實驗找到了80%以上的已知調(diào)控蛋白。隨后，通過H4K16乙酰化抗體的芯片實驗，找到了兩個調(diào)控蛋白Cab4p 和 Cab5p。它們參與 CoA 的合成，分別催化CoA合成通路中的最后兩步。進一步的研究發(fā)現(xiàn)這兩個蛋白對多種?；加腥中杂绊懀?H3K56 和 H4K8 位的乙?；4K12 位的丙?；?、H3K9 位的丁酰化、H3K14 和 H4K12 位的巴豆?；约?H4K16 位的 β-羥基丁酰化等。質(zhì)譜結(jié)果進一步確認了組蛋白?；揎椝降慕档褪桥c胞內(nèi) CoA 及酰化 CoA 含量的降低相關(guān)。同時，通過三個芯片實驗建立了三個組蛋白標(biāo)記的上游調(diào)控蛋白網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合已有的表達譜數(shù)據(jù)，獲得了三張以組蛋白標(biāo)記為中心的上下游蛋白調(diào)控關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。
?????? 綜上所述，本研究開發(fā)了一套全局性發(fā)現(xiàn)組蛋白標(biāo)記調(diào)控蛋白的細胞裂解液芯片技術(shù)（Cell Lysate mICroarray on Kilo-conditions，CLICK），該方法能夠從基因組水平對影響組蛋白標(biāo)記的蛋白進行全局性發(fā)現(xiàn)。同時，該方法也具有普適性，并不僅僅局限于組蛋白標(biāo)記領(lǐng)域，還適用于尋找任意釀酒酵母蛋白翻譯后修飾的調(diào)控蛋白，并且該方法的指導(dǎo)思想也同樣適用于其它物種的重要蛋白及翻譯后修飾調(diào)控蛋白的發(fā)現(xiàn)。
?????? 上海交通大學(xué)系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)研究院陶生策研究員與中科院深圳先進研究院戴俊彪研究員為本文通訊作者。陶生策團隊博士生程莉為本文第一作者。陶生策研究員的主要研究方向為蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，建立了系列特色蛋白質(zhì)芯片技術(shù)平臺，并在其基礎(chǔ)上開展了與醫(yī)學(xué)密切相關(guān)的系統(tǒng)性研究。
?????? 該項研究得到了十三五蛋白質(zhì)機器與生命過程調(diào)控重點專項、國家“十二五”傳染病重大專項以及國家自然科學(xué)基金等資助。
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Cell Lysate Microarray for Mapping the Network of Genetic Regulators for Histone Marks
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Abstract
Proteins, as the major executer for cell progresses and functions, its abundance and the level of post-translational modifications, are tightly monitored by regulators. Genetic perturbation could help us to understand the relationships between genes and protein functions. Herein, to explore the impact of the genome-wide interruption on certain protein, we developed a cell lysate microarray on kilo-conditions (CLICK) with 4,837 knockout (YKO) and 322 temperature-sensitive (ts) mutant strains of yeast (Saccharomyces cerevisiae). Taking histone marks as examples, a general workflow was established for the global identification of upstream regulators. Through a single CLICK array test, we obtained a series of regulators for H3K4me3, which covers most of the known regulators in S.accharomyces. We also noted that several group of proteins that are involved in negatively regulation of H3K4me3. Further, we discovered that Cab4p and Cab5p, two key enzymes of CoA biosynthesis, play central roles in histone acylation. Because of its general applicability, CLICK array could be easily adopted to rapid and global identification of upstream protein/enzyme(s) that regulate/modify the level of a protein or the posttranslational modification of a non-histone protein.
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全文鏈接：http://www.mcponline.org/content/early/2018/06/05/mcp.RA117.000550.abstract
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作者：程莉
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