Angew Chemie Int Ed | 劉濤團隊在組蛋白表觀遺傳學研究中取得進展
yle="margin-top: 5px; text-indent: 30px; line-height: 25px; text-align: justify;">2022年5月30日，北京大學藥學院天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室劉濤團隊與中科院深圳先進技術(shù)研究院合成生物學研究所羅小舟團隊、北大基礎(chǔ)醫(yī)學院劉小云團隊合作，在國際著名期刊Angew. Chem. Int. Ed.上在線發(fā)表了最新研究成果:“Creation of a Yeast Strain with Co-translationally Acylated Nucleosomes”。
組蛋白翻譯后修飾是表觀遺傳學的重要研究內(nèi)容之一，也是藥物開發(fā)的重要靶點，例如HDAC抑制劑的開發(fā)。隨著蛋白質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展，許多組蛋白賴氨酸殘基的酰化修飾被鑒定出來，其中組蛋白巴豆?；揎検且活愒诮湍?、哺乳動物等真核生物中保守存的?；揎?。自2011年被發(fā)現(xiàn)以來，組蛋白巴豆?；揎梼叭怀蔀榱祟I(lǐng)域內(nèi)的研究熱點。這是因為該修飾是一種重要的表觀遺傳機制調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的翻譯后修飾。盡管巴豆酰化修飾和乙?；揎椈鶊F的化學結(jié)構(gòu)類似，卻可能存在不同于乙酰化修飾的生物學功能。因此，揭示不同?；揎椩诮M蛋白同一位點的生物學功能差異是研究組蛋白?；揎椀碾y點問題。
自然界中的產(chǎn)甲烷菌存在一套正交的翻譯機器，可識別琥珀密碼子（TAG），將除20種經(jīng)典氨基酸以外的吡咯賴氨酸通過遺傳編碼的方式編碼到蛋白中。因此，吡咯賴氨酸成為了古生菌中一種獨特存在的共翻譯修飾（Co-Translational Modification，CTM）方式。受到這一修飾方式的啟發(fā)，劉濤團隊以釀酒酵母為模式生物，通過基因密碼子擴展（Genetic Code Expansion, GCE）技術(shù)在組蛋白H3K56位點引入CTM，創(chuàng)造了一種含有CTM核小體的酵母菌（pM56）用于研究釀酒酵母同一位點乙?；揎椇桶投辊；揎椀纳飳W功能差異。
pM56菌株中基因組編碼的野生型組蛋白H3被CTM組蛋白H3突變體所取代，組蛋白H3突變體可借助篩選優(yōu)化的釀酒酵母GCE體系（PLRS/4xtRNALeu）對其56位點進行非經(jīng)典氨基酸突變獲得。該菌株僅在含有CTM氨基酸（乙酰賴氨酸AcK、巴豆酰賴氨酸CroK以及乙酰賴氨酸類似物KetotK）的培養(yǎng)基中存活。
為研究組蛋白不同?；揎棇?/span>DNA損傷修復的影響，研究人員使用DNA損傷試劑處理pM56菌株。結(jié)果表明，和組蛋白H3K56位點巴豆酰化共修飾相比，該菌株中組蛋白H3K56位點的乙?；残揎椖軌驗獒劸平湍?/span>DNA損傷修復提供更為有利的染色質(zhì)環(huán)境。轉(zhuǎn)錄組學分析結(jié)果表明，相比于DNA損傷試劑處理的pM56CroK菌株，pM56AcK菌株中水解酶表達水平顯著性上調(diào)，酵母生殖和細胞壁相關(guān)的基因也出現(xiàn)了上調(diào)表達的情況，而pM56CroK菌株中激酶相關(guān)基因表達水平上調(diào)。同時，結(jié)合定量蛋白組學技術(shù)分析組蛋白H3K79位點甲基化水平（包括單甲基化、二甲基化和三甲基化），作者發(fā)現(xiàn)不同?；揎棇?/span>H3K79位點甲基化修飾的影響也存在一定的差異。
本研究通過跨學科交叉合作，基于釀酒酵母的基因密碼子擴展體系，探索性地將定點共翻譯修飾作為合成表觀遺傳學的研究手段，創(chuàng)造了另一種可能的生命形式，即通過人為引入共翻譯修飾的方式維持酵母生命活動的生命形式。這一特殊的生命體為真核生物中不同組蛋白酰化修飾生物學功能的研究提供了一種不可替代的研究方法。
吳丹（左），劉濤（中），陳曉旭（右）
北京大學碩士生畢業(yè)生吳丹、博士后陳曉旭（現(xiàn)NWPU 博士后）、中國科學院深圳先進技術(shù)研究院助理研究員張云豐和北京大學博士生唐志恒為該論文的共同第一作者，劉濤研究員、中科院深圳先進技術(shù)研究院合成生物學研究所羅小舟研究員和北京大學基礎(chǔ)醫(yī)學院劉小云研究員為共同通訊作者。天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室儀器平臺師曉萌、張曉輝和李軍老師在蛋白鑒定、蛋白組學和化合物鑒定等實驗中提供了重要幫助。該研究獲得到國家自然科學基金項目、深圳合成生物研究所開放基金項目、國家重點研發(fā)計劃項目以及北京市自然科學基金項目的資助支持。
論文鏈接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202205570
【劉濤研究員簡介】
劉濤，博士，北京大學藥學院長聘研究員，博士生導師，分子與細胞藥理系主任，天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室PI，化學生物學交叉中心PI，北大醫(yī)學-惠大基因密碼子創(chuàng)新聯(lián)合實驗室負責人。國家海外高層次人才計劃入選者、國家優(yōu)秀青年科學基金獲得者、北京市杰出青年基金獲得者。任中國醫(yī)藥生物技術(shù)協(xié)會委員合成生物學分會委員，中國生物醫(yī)學工程學會青工委委員，獲中國藥學會以嶺生物醫(yī)藥青年獎，拜耳研究員獎，北大王選青年學者獎等。以通訊作者身份在Nat Chem Biol、Mol Cell、Sci Adv、JACS、Angew Chem、Cell Chem Biol等國際高水平期刊發(fā)表一系列研究論文。擔任Journal of Molecular Biology編委，Chinese Chemical Letter編委等。研究集中在蛋白質(zhì)藥物化學修飾，基因編輯與細胞治療，發(fā)展了含有人造氨基酸的蛋白質(zhì)創(chuàng)新藥物，應(yīng)用在腫瘤及基因治療等多種領(lǐng)域，從而促進了生物藥物的升級換代。
天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室 供稿
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