蛋白质组学

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乙酰化蛋白质组学

乙酰化蛋白质组学

  • 所属分类:修饰蛋白质组学
  • 浏览次数:
  • 发布日期:2021-08-10 15:48:51
  • 产品概述
  • 案例解析

蛋白质的乙酰化修饰是在乙酰基转移酶的作用下,蛋白质的赖氨酸残基上添加乙酰基的过程,是细胞控制基因表达、蛋白质的活性或生理过程的一种机制。乙酰化修饰功能主要集中在对细胞染色体结构的影响以及对核内转录调控因子的激活方面 。近年来,通过高通量的蛋白质组研究和不同物种的代谢通路研究发现,在生理状况下,存在着大量非细胞核的蛋白质被乙酰化修饰,具有广泛的生物学意义:

(1)   乙酰化修饰普遍存在于人体的代谢酶之中,具有调节代谢通路及代谢酶的活性。

糖基化蛋白质组学

(2)   乙酰化对代谢的调控在生命进化过程中极为保守,广泛存在于从低等原核细胞到包括人在内的高等哺乳动物的翻译后修饰过程中。

(3)   蛋白质的乙酰化具有很高的功能特异性,与肿瘤等等疾病密切相关,这为开发代谢类疾病的药物研发提供了重要依据和全新思路。


技术原理

利用对乙酰化赖氨酸(Ac-K)具有高亲和力的基序抗体,特异性富集复杂样本中的乙酰化肽段,结合labelfree蛋白质定量方法,实现大规模乙酰化蛋白质定量分析。

乙酰化蛋白组学流程图


技术优势

1.相关领域专业技术团队;

2.经验丰富的实验操作人员;

3.独立研发改进的具有技术领先地位的操作方法;

4.动物植物多种案例经验累积;

5.强大的生物信息分析团队。


应用领域

基础医学、临床诊断:生物标志物,疾病机理机制,疾病分型,个性化治疗等; 

生物医药:药物作用机理,药效评价,药物开发等;

微生物领域:致病机理,耐药机制,病原体-宿主相互作用研究等;

 海洋水产:渔业资源,海水养殖,渔业环境与水产品安全等;

食品营养:食品储藏及加工条件优化,食品组分及品质鉴定,功能性食品开发,食品安全监检测等。


乙酰化修饰组学案例解析

抑制HDAC改善了猫舒张功能障碍模型的心肺功能

HDAC inhibition improves cardiopulmonary function in a feline model of diastolic dysfunction


研究对象:动物模型雄性短毛猫        期刊:Science Translational Medicine

影响因子:16.304                            发表单位:美国天普大学



研究背景

评估HFpEF(heart failure with preserved ejection fraction, 射血分数保留的心力衰竭)约占所有心力衰竭病例的50%,HFpEF的预后较差,5年生存率低至50%。目前,尚无美国食品药物管理局(FDA)批准的用于治疗这种疾病的药物。本研究评估了压力超负荷的大型哺乳动物模型中组蛋白脱乙酰基酶(HDAC)抑制对心肺结构,功能和代谢的影响,该模型概括了人类HFpEF的舒张性功能障碍的特征。

样本策略:左心室组织

技术策略:动物模型+乙酰化蛋白质组学+labelfree 

验证策略:实时聚合酶链式反应(PCR)


结果速递

研究人员通过对家养雄性短毛猫执行较小的手术来模拟人类HFpEF患者中常见的舒张性功能障碍。在这个手术两个月后, 每天用辛二酰苯胺异羟肟酸( suberoylanilide  hydroxamic acid,SAHA)(一种获得FDA批准的HDAC抑制剂)治疗这些猫。在分子水平上,这种HDAC抑制剂影响基因转录, 影响细胞周期,并具有诱导细胞凋亡的能力。四个月时的超声心动图显示,这些猫的左心室肥大明显减轻。高血压或任何导致左心室更高负荷的工作的心脏病可能会导致左心室肥大。这些研究人员还发现,由于SAHA治疗,舒张压和平均肺动脉压显著降低。这种药物还增加了心肌纤维的舒张。此外,SAHA治疗可保留肺部结构并改善血液氧合。

图1:实验研究设计和SAHA的重塑效果


研究人员使用HeLa细胞在体外评估了SAHA对线粒体功能和结构的影响。结果表明SAHA 并不影响内质网的完整性。SAHA 诱导线粒体膜轻度去极化和线粒体结构延长。用SAHA处理可以减少线粒体基础Ca 2+,但是当用组胺处理时, 线粒体对Ca 2+的摄取显著增加。此外,SAHA治疗导致线粒体基础和最大呼吸, 解偶联和质子漏均升高。这些研究支持SAHA直接影响线粒体功能的观点。

图2:SAHA处理对线粒体功能的影响


为了确定SAHA 处理是否改变了乙酰辅酶A 和蛋白质乙酰化模式,对经SAHA处理组及假手术组的左 心室组织进行了质谱分析。通过SAHA处理,乙酰辅 酶A的浓度没有改变(图3A),而蛋白质乙酰化却发生了实质性改变。结合label free蛋白组学,结果显示乙酰化发生变化但总蛋白丰度却没有变化。一共发现了三种蛋白质在六个赖氨酸上存在差异乙酰化,许多关键的线粒体代谢酶发生乙酰化的变化,这表明SAHA通过翻译后修饰影响线粒体的代谢。

图3:翻译后修饰对相关代谢的影响


SAHA治疗可保持肺结构,顺应性,血液氧合作用,并减少肺泡外血管周围的血管周液套囊,提示肺泡毛细血管应力衰竭减弱。乙酰化蛋白质组学揭示了SAHA改变了线粒体代谢酶的赖氨酸乙酰化作用。这些结果表明,肥大性应激中的乙酰化缺陷可以通过HDAC抑制剂逆转,对改善患者的心脏结构和功能具有重要意义。


参考文献

Wallner Markus,Eaton Deborah M,Berretta Remus M et al. HDAC inhibition improves cardiopulmonary function in a feline model of diastolic dysfunction.[J] .Sci Transl Med, 2020, 12: undefined. undefined.

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