在哺乳动物表达的所有蛋白质中，超过50%的蛋白质可以再特定时间和亚细胞空间发生各种各样的翻译后修饰，并调控着许多重要的生物学功能。而赖氨酸是被频繁修饰的残基之一，其修饰包括磷酸化、乙酰化和丙酰化等。组蛋白赖氨酸修饰在调控酶的作用下招募结合蛋白，进而调控基因转录，改变了组蛋白与DNA的作用关系，因此蕴含着重要的生物学信息，它们的鉴定是理解其功能和解析表观遗传机制的关键。随着近年来生物质谱的扫描速度、灵敏度、分辨率的不断提高，越来越多新的组蛋白赖氨酸酰化修饰被鉴定。如赖氨酸琥珀酰化、巴豆酰化、丙二酰化、戊二酰化、2-羟基异丁酰化、β-羟基丁酰化等（图1，表1），深入揭示了这些新型赖氨酸酰化修饰对细胞的生长、分化、代谢等生命过程的特异性作用，如SIRT5通过调控琥珀酰化修饰水平参与线粒体代谢、三羧酸循环、脂肪酸代谢等机制。

酰化基团分子式展示

原理

由于带正电荷的ε氨基侧链，赖氨酸残基会受到各种不同翻译后修饰的调控。从相应的代谢中间产物酰基辅酶A中转移的酰基全都会中和赖氨酸的正电荷，然后影响底物蛋白功能的结构改变。受酰化调控的细胞功能，包括细胞周期调控、线粒体代谢、细胞骨架调节、蛋白质间的相互作用及其他功能。

赖氨酸酰化蛋白质组学技术使用专有的抗体，在进行LC-MS/MS分析之前富集胰蛋白酶消化样品中各自含酰基的肽。

丙酰化修饰组学案例解析

内皮细胞棕榈酰化循环协调外周动脉疾病的血管重构

Endothelial Palmitoylation Cycling Coordinates Vessel Remodeling in Peripheral Artery Disease

研究对象：动物模型小鼠        期刊：Circulation Research

影响因子：14.467                 发表单位：华盛顿大学

研究背景

外周动脉疾病常见于代谢综合征和糖尿病，对医疗干预反应较差，其特征是慢性血管不成熟最终导致下肢截肢。棕榈酰化（S-酰化）即在棕榈酸酯和半胱氨酸之间形成硫酯键。蛋白质棕榈酰化促进与疏水性结构域的结合并且是可逆的。人们认为酰基蛋白硫酯酶1（APT1）对于主动去棕榈酸酯化很重要，但它在血管疾病中的生理机制尚不清楚。本研究确定可逆的棕榈酰化在内皮中维持血管成熟中的作用。

样本策略：小鼠的内皮细胞

技术策略：棕榈酰化TMT蛋白质组学验证策略：生化实验、免疫印迹法

结果速递

小鼠敲除内皮去棕榈酰化酶酰基蛋白硫酯酶1（APT1）减弱慢性后肢缺血（ 一种周围动脉疾病的模型） 的恢复。内皮APT1缺乏症减少了纤连蛋白的加工， 破坏了黏附连接， 并抑制了体外管腔的形成。接下来研究人员通过蛋白质组学来表征APT1底物，将原代培养的小鼠内皮细胞中的棕榈酰化蛋白样品富集结合TMT标记蛋白组学进行定量分析。一共鉴定到超过3200个蛋白，其中有74种棕榈酰化蛋白质在基因型之间显著增加或减少（P≤0.05；肽段数≥2）。52种是候选APT1底物（基因敲除物中棕榈酰化程度增加，而该候选蛋白质的蛋白质丰度没有差异）。进一步分析显示促进血管成熟的R-Ras优先受到APT1缺乏症的影响。R-Ras被确认为APT1底物，点击化学分析表明APT1缺乏的细胞中R-Ras棕榈酰化增加。

图1：蛋白质组学结果显示R-Ras作为APT1底物

外周动脉疾病与糖尿病和代谢综合征有关。在db/db小鼠的内皮细胞中APT1酶活性降低。高血糖症会降低人脐静脉内皮细胞中的APT1活性，部分原因是APT1蛋白的乙酰化改变。点击化学分析表明，在高血糖情况下，R-Ras棕榈酰化增加。在糖尿病模型中发现改变的R-Ras运输，R-Ras棕榈酰化增加和纤连蛋白保留。由TIPT成像显示，由APT1缺乏引起的R-Ras去棕榈酸酯化的丧失限制了R-Ras膜运输的能力。

图2：糖尿病模型中R-Ras棕榈酰化增加，APT1酶活性降低

为了挽救细胞表型，通过一个带有插入的亲水域的R-Ras分子，以规避由于棕榈酰化代谢缺陷而引起的膜刚性。这种修饰纠正了R-Ras膜的运 输，恢复了纤连蛋白的加工，增加了粘附连接， 并挽救了APT1缺乏引起的管腔缺陷形成。

图3：R-Ras突变体可在体外挽救APT1缺乏症

这些结果表明，APT1依赖的棕榈酰化循环受乙酰化作用的控制，乙酰化作用是另一种动态形式的脂化作用，已知会影响参与非核蛋白的代谢。本研究结果提高了可能在药理上靶向另一种翻译后修饰（乙酰化） 以治疗通常难于治疗的外周动脉疾病的可能性。

参考文献

Wei Xiaochao,Adak Sangeeta,Zayed Mohamed et al. Endothelial Palmitoylation Cycling Coordinates Vessel Remodeling in Peripheral Artery Disease.[J] .Circ Res, 2020, 127: 249-265.