乙醯化修飾參與細胞應激和腫瘤發生

Molecular Cell:北京大學羅建沅課題組揭示乙醯化修飾參與細胞應激和腫瘤發生的新機制

蛋白質醯化修飾(Acylation)參與多種生物學過程調控，也是近年來備受矚目的研究熱點。從廣度上來講，多種新型醯化修飾被不斷發現，且各自在功能和調控機制上有不同的傾向性，展現了這一新興研究領域的廣闊前景；而從深度上來講，機制的研究愈發精細，從最初的組蛋白調控作用，到如今進展迅速的非組蛋白調控機制，都體現出醯化修飾作為一種廣泛存在的修飾類型具有多樣的生物學功能。

關於乙醯化在非組蛋白中的功能，近年來已有陸續報道，其中很重要的一個層面就是能量代謝的調控。例如在飢餓的條件下，底物濃度乙醯輔酶A的大幅下調和去乙醯化酶SIRT3的高表達，會從兩個不同的維度導致整體蛋白質乙醯化修飾水平的下降，並影響一系列代謝酶的功能活性[1-3]。但是有趣的是，這個過程中也會有一些蛋白質出現逆勢上調的趨勢。那麼，這些「另類」的蛋白，究竟是參與何種作用的呢？

5月1日，北京大學基礎醫學院的羅建沅課題組在Molecular Cell發表了題為Acetylation of PHF5A modulates stress response and colorectal carcinogenesis through alternative splicing mediated upregulation of KDM3A的研究報道，揭示了PHF5A蛋白的乙醯化能夠通過調節KDM3A介導的選擇性剪切，來調控在細胞應激反應，並在結腸癌發生中發揮重要的作用(圖1)。 景傑生物作為文章的共同單位之一，參與了該研究的乙醯化修飾組分析工作。

圖1 Graphical Abstract

研究人員首先通過TMT標記的定量乙醯化組學方法，分析了HCT116細胞在飢餓的條件下蛋白質乙醯化水平的變化，鑒定出58個乙醯化修飾上調的蛋白（Acetylation upregulatedprotein, AUPs）。通過生物信息學分析，發現一類RNA結合蛋白在上調蛋白中顯著富集(圖2)。在這些蛋白中PHF5A引起了研究人員的格外關注，該蛋白作為剪接體U2 snRNPs複合物的組分，主要在前體RNA剪切的過程中發揮了識別內含子3』端的分支點序列（Branch Point Sequence，BPS）的作用，從而保證RNA剪切過程的精準無誤。此外，該蛋白還可以作為共激活因子來促進基因的轉錄。鑒於該蛋白的重要作用，以及其K29位點乙醯化在飢餓條件下顯著上調，研究者推測其在飢餓應急條件下發揮重要功能。

圖2 乙醯化修飾組的分析揭示RNA結合蛋白乙醯化在飢餓條件下顯著上調

研究者從上下游兩個方面來研究其具體的機制和功能。在上遊方面，通過體內和體外實驗，研究者發現p300是其主要的乙醯轉移酶，如果把p300敲低之後，PHF5A-K29的乙醯化將不再響應外界刺激條件的改變。這證明了p300可以感應細胞內的刺激，並且上調PHF5A-K29的乙醯化修飾水平。

在下游作用機制的研究方面，研究者通過點突變的方法來研究其功能。實驗結果顯示，正向的K29Q突變體比起WT能夠更加緊密地結合U2 snRNPs相關蛋白，並且促進了癌細胞的增值。通過RNA-seq的結果發現，PHF5A K29Q能夠影響190個基因的表達水平和539個基因的剪切方式。由於剪切過程中的內含子通常能引起無義介導的mRNA降解[4]，研究者分析出了11個剪切方式和表達水平均受到PHF5A K29Q的影響的基因，其中包括去甲基化酶KDM3A。研究者還進一步通過實驗證明了PHF5A K29Q能夠通過上調KDM3A激活Wnt信號通路下游靶基因的轉錄。

基礎醫學的成果最終還是要回歸到臨床問題，接下來研究者選取了90對結腸癌患者的癌症和癌旁組織進行免疫組化染色，發現PHF5A-K29乙醯化水平在癌症組織中明顯高於癌旁組織，且和結腸癌AJCC臨床分期具有明顯的相關性，PHF5A呈高乙醯化狀態組的患者三年生存率明顯低於呈低乙醯化狀態組患者(圖3)。這個結果有力支持了前述的機制研究理論。

圖3 PHF5A的K29乙醯化水平同結腸癌患者生存期密切相關

本研究以基於質譜的蛋白質修飾組學為切入點，尋找到一個新的顯著差異的蛋白位點，進而通過細緻的生物學研究，再回歸到臨床樣本的檢測驗證，完成了一個典型的「組學分析-機制研究-臨床驗證」的完整story，也再次擴充了人們對於蛋白質乙醯化修飾功能的理解。

參考文獻：

1. Mari?o G, Pietrocola F, Eisenberg T, et al. Regulation of autophagy by cytosolicacetyl-coenzyme a. [J]. Molecular Cell, 2014, 53(7): 710-25.

2. Shi L, Tu BP. Acetyl-CoA and the regulation of metabolism: mechanisms and consequences[J]. Current Opinion in Cell Biology, 2015, 33: 125-131.

3. Hebert A, Dittenhafer-Reed K, Yu W, et al. Calorie Restriction and SIRT3 Trigger Global Reprogramming of the Mitochondrial Protein Acetylome[J]. Molecular Cell, 2013, 49(1): 186-199.

4. Chang Y F, Imam J S, Wilkinson M F. The Nonsense-Mediated Decay RNA Surveillance Pathway[J]. Annual Review of Biochemistry, 2007, 76(1): 51-74.

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！