2022年6月27日，Nature Methods期刊在線發(fā)表了我校郝海平/葉慧團(tuán)隊(duì)的最新研究工作成果（Cyclic immonium ion of lactyllysine reveals widespread lactylation in the human proteome）。2019級博士研究生皖寧和2018級碩士研究生王念為本論文的共同第一作者，我校葉慧特聘研究員、郝海平教授和南京中醫(yī)藥大學(xué)王南溪教授為本文的共同通訊作者，中國藥科大學(xué)為本文的第一通訊單位。該工作的主要合作者包括王廣基院士、邵暢博士和余思琴、張漢卿、王德祥、陸文捷、孔影、王鑫淼、呂浪浪等；我校藥科院江蘇省藥物代謝動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對該工作的開展給予了大力支持。

該工作針對乳酸是否可以直接共價(jià)修飾非組蛋白進(jìn)而發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)的科學(xué)問題，提出在公共的人類蛋白質(zhì)組深度測序數(shù)據(jù)中搜索乳酰化修飾的新底物蛋白的策略。然而，由于從非富集的蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)中檢索修飾的假陽性率極高，若能發(fā)現(xiàn)修飾特異性的特征離子則能通過譜圖篩選，顯著降低鑒定的假陽性率，揭示真實(shí)修飾位點(diǎn)和靶蛋白，指導(dǎo)后續(xù)的生物學(xué)驗(yàn)證。基于此需求，該團(tuán)隊(duì)通過合成和研究模型乳酰化肽段的譜圖，首次發(fā)現(xiàn)了攜帶乳酰化修飾賴氨酸的多肽在碰撞室中經(jīng)過二級斷裂會(huì)形成鏈狀亞胺離子，該離子經(jīng)過脫氨形成次生碎片——環(huán)狀亞胺離子。進(jìn)一步通過分析生物樣本中富集的大量乳酰化陽性肽段，再以近十萬條人類蛋白質(zhì)組的非修飾肽段譜圖作為陰性對照，確證了環(huán)狀亞胺離子指征乳酰化修飾的靈敏度和特異性，提出該離子作為判定數(shù)據(jù)庫檢索的乳酰化真實(shí)與否的金標(biāo)準(zhǔn)。

基于該診斷離子策略，研究者從現(xiàn)有的非富集、大規(guī)模人類蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)資源中挖掘了全新的、豐富的乳酰化修飾底物蛋白和位點(diǎn)的信息，特別是從2020年Nature Methods發(fā)表的Meltome Atlas庫的人類細(xì)胞蛋白質(zhì)組熱穩(wěn)定性數(shù)據(jù)中，發(fā)現(xiàn)乳酰化修飾高度富集在糖酵解通路。其中，代謝酶ALDOA的乳酰化修飾存在于多種人類腫瘤細(xì)胞系且修飾占位比高，引發(fā)了乳酰化修飾調(diào)節(jié)代謝酶活性等功能，進(jìn)而調(diào)控糖酵解通路的猜想。

郝海平、葉慧團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步聯(lián)合王南溪課題組，利用先進(jìn)的化學(xué)生物學(xué)技術(shù)——基因密碼子擴(kuò)展技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)向靶蛋白ALDOA定點(diǎn)引入乳酰化修飾，并發(fā)現(xiàn)修飾后酶活性顯著降低，揭示了乳酸蓄積后，能通過共價(jià)修飾糖酵解通路的上游代謝酶，抑制糖酵解活躍度的反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，對生物化學(xué)領(lǐng)域現(xiàn)有的“終產(chǎn)物抑制”的調(diào)控模式進(jìn)行了補(bǔ)充。

綜上，該研究表明乳酰化是廣泛存在于人類組織和細(xì)胞中的一種非組蛋白特異性的、具有生物學(xué)功能的翻譯后修飾。該示蹤技術(shù)的應(yīng)用能夠助力在未來發(fā)現(xiàn)更多樣的乳酰化修飾蛋白，并且揭示乳酰化修飾的動(dòng)態(tài)變化與乳酸紊亂驅(qū)動(dòng)炎癥、腫瘤等重大慢性疾病發(fā)生發(fā)展的關(guān)聯(lián)，提示新的治療靶點(diǎn)。該工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、中國藥科大學(xué)興藥學(xué)者計(jì)劃、天然藥物活性組分與藥效國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究課題、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)等資助。

文章鏈接: https://www.nature.com/articles/s41592-022-01523-1

示意圖 乳酰化賴氨酸的環(huán)狀亞胺離子揭示人類蛋白質(zhì)組中保守的修飾底物

（供稿單位：藥物科學(xué)研究院，撰寫人：單思明，審稿人：吳旻玥）