近日，華中農業大學作物遺傳改良國家重點實驗室周道繡課題組首次在真核生物中報道了組蛋白去乙酰化酶對核糖體蛋白乙酰化修飾的調控及其功能的影響。該研究將蛋白的賴氨酸乙酰化修飾調控從轉錄水平擴展到蛋白質翻譯水平，拓展和深化了人們對于表觀調控機制的認知。
細胞中蛋白質功能的精細調控對于生物生長和發育至關重要，其中蛋白質的乙酰化、磷酸化等翻譯后修飾是一種可逆、迅速且經濟節約的調控方式。賴氨酸乙酰化（Kac）是一種以乙酰輔酶A為供體的蛋白質翻譯后修飾。華中農業大學作物遺傳改良國家重點實驗室周道繡課題組基于質譜的蛋白質組學數據發現，乙酰化修飾不僅僅發生在組蛋白上，而且也廣泛存在于細胞質中具有多種功能的代謝酶、轉錄因子及核糖體蛋白等非組蛋白上。該課題組之前解析了組蛋白去乙酰化酶（Histone deacetylase， HDAC）特異去除細胞質代謝酶和轉錄因子乙酰化修飾的作用機制。然而，核糖體蛋白是否也受組蛋白（去）乙酰化酶的調控以及乙酰化修飾對核糖體蛋白的調控功能還不是十分清楚。
圖1. HDAC對組蛋白以及核糖體蛋白乙酰化修飾的調控
本研究中，作者首先對水稻中3個細胞質定位的組蛋白去乙酰化酶HDA705、 HDA706和 HDA714突變體進行了全蛋白組乙酰化修飾譜定量分析，發現組蛋白去乙酰化酶HDA714是水稻非組蛋白乙酰化的主要調控因子，該基因突變后導致大量非組蛋白乙酰化修飾水平上升，其中包括參與翻譯過程的核糖體蛋白及翻譯因子。
乙酰輔酶A不僅僅是乙酰化酶的底物，而且也是非常重要的中間能量代謝產物，蛋白質乙酰化可能反應了細胞內能量代謝水平。HDAC調控的組蛋白代謝和核糖體乙酰化揭示了植物蛋白能量代謝在協調基因表達和翻譯中的功能。生化實驗進一步表明水稻組蛋白去乙酰化酶HDA714可以特異地去除核糖體蛋白賴氨酸上的乙酰化修飾。
hda714翻譯組學分析表明核糖體蛋白的乙酰化修飾可以促進核糖體與mRNA的結合，對蛋白的翻譯效率進行調控。該研究將蛋白的賴氨酸乙酰化修飾調控從轉錄水平擴展到蛋白質翻譯水平，拓展和深化了人們對于表觀調控機制的認知，對非組蛋白乙酰化功能的后續研究具有指導意義。
【英文摘要】
Lysine acetylation （Kac） is well known to occur in histones for chromatin function and epigenetic regulation. In addition to histones, Kac is also detected in a large number of proteins with diverse biological functions. However, Kac function and regulatory mechanism for most proteins are unclear. In this work, we studied mutation effects of rice genes encoding cytoplasm-localized histone deacetylases （HDAC） on protein acetylome and found that the HDAC protein HDA714 was a major deacetylase of the rice non-histone proteins including many ribosomal proteins （r-proteins） and translation factors that were extensively acetylated. HDA714 loss-of-function mutations increased Kac levels but reduced abundance of r-proteins. In vitro and in vivo experiments showed that HDA714 interacted with r-proteins and reduced their Kac. Substitutions of lysine by arginine （depleting Kac） in several r-proteins enhance, while mutations of lysine to glutamine （mimicking Kac） decrease their stability in transient expression system. Ribo-seq analysis revealed that the hda714 mutations resulted in increased ribosome stalling frequency. Collectively, the results uncover Kac as a functional posttranslational modification of r-proteins which is controlled by histone deacetylases, extending the role of Kac in gene expression to protein translational regulation.
論文鏈接：
https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkab244/6219121?searchresult=1#234917398
日期：2021-04-13
細胞中蛋白質功能的精細調控對于生物生長和發育至關重要，其中蛋白質的乙酰化、磷酸化等翻譯后修飾是一種可逆、迅速且經濟節約的調控方式。賴氨酸乙酰化（Kac）是一種以乙酰輔酶A為供體的蛋白質翻譯后修飾。華中農業大學作物遺傳改良國家重點實驗室周道繡課題組基于質譜的蛋白質組學數據發現，乙酰化修飾不僅僅發生在組蛋白上，而且也廣泛存在于細胞質中具有多種功能的代謝酶、轉錄因子及核糖體蛋白等非組蛋白上。該課題組之前解析了組蛋白去乙酰化酶（Histone deacetylase， HDAC）特異去除細胞質代謝酶和轉錄因子乙酰化修飾的作用機制。然而，核糖體蛋白是否也受組蛋白（去）乙酰化酶的調控以及乙酰化修飾對核糖體蛋白的調控功能還不是十分清楚。
圖1. HDAC對組蛋白以及核糖體蛋白乙酰化修飾的調控
本研究中，作者首先對水稻中3個細胞質定位的組蛋白去乙酰化酶HDA705、 HDA706和 HDA714突變體進行了全蛋白組乙酰化修飾譜定量分析，發現組蛋白去乙酰化酶HDA714是水稻非組蛋白乙酰化的主要調控因子，該基因突變后導致大量非組蛋白乙酰化修飾水平上升，其中包括參與翻譯過程的核糖體蛋白及翻譯因子。
乙酰輔酶A不僅僅是乙酰化酶的底物，而且也是非常重要的中間能量代謝產物，蛋白質乙酰化可能反應了細胞內能量代謝水平。HDAC調控的組蛋白代謝和核糖體乙酰化揭示了植物蛋白能量代謝在協調基因表達和翻譯中的功能。生化實驗進一步表明水稻組蛋白去乙酰化酶HDA714可以特異地去除核糖體蛋白賴氨酸上的乙酰化修飾。
hda714翻譯組學分析表明核糖體蛋白的乙酰化修飾可以促進核糖體與mRNA的結合，對蛋白的翻譯效率進行調控。該研究將蛋白的賴氨酸乙酰化修飾調控從轉錄水平擴展到蛋白質翻譯水平，拓展和深化了人們對于表觀調控機制的認知，對非組蛋白乙酰化功能的后續研究具有指導意義。
【英文摘要】
Lysine acetylation （Kac） is well known to occur in histones for chromatin function and epigenetic regulation. In addition to histones, Kac is also detected in a large number of proteins with diverse biological functions. However, Kac function and regulatory mechanism for most proteins are unclear. In this work, we studied mutation effects of rice genes encoding cytoplasm-localized histone deacetylases （HDAC） on protein acetylome and found that the HDAC protein HDA714 was a major deacetylase of the rice non-histone proteins including many ribosomal proteins （r-proteins） and translation factors that were extensively acetylated. HDA714 loss-of-function mutations increased Kac levels but reduced abundance of r-proteins. In vitro and in vivo experiments showed that HDA714 interacted with r-proteins and reduced their Kac. Substitutions of lysine by arginine （depleting Kac） in several r-proteins enhance, while mutations of lysine to glutamine （mimicking Kac） decrease their stability in transient expression system. Ribo-seq analysis revealed that the hda714 mutations resulted in increased ribosome stalling frequency. Collectively, the results uncover Kac as a functional posttranslational modification of r-proteins which is controlled by histone deacetylases, extending the role of Kac in gene expression to protein translational regulation.
論文鏈接：
https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkab244/6219121?searchresult=1#234917398
日期：2021-04-13
