王初課題組與董甦偉課題組合作發現巨噬細胞中的新型翻譯後修飾

      近日，beat365官方网站、北大-清華生命聯合中心王初課題組與beat365藥學院董甦偉課題組合作在JournaloftheAmerican Chemical Society雜志上發表了題為“Discovery of itaconate-mediated lysine acylation”的論文。在這項工作中，作者利用抗體“脫靶”富集結合開放式搜索策略在巨噬細胞中發現了一種由衣康酸介導的賴氨酸上的新型翻譯後修飾——衣康酰化修飾，并對該修飾及其前體衣康酰輔酶A在免疫響應過程中的動态變化進行了表征。該修飾的發現為解釋衣康酸發揮免疫調控功能的機制提供了新的線索。

　　衣康酸(itaconate)是一類近年來發現具有免疫調控活性的内源代謝物小分子，它被發現在病原菌刺激後的巨噬細胞中大量生成，并可通過結構中的親電性α,β-不飽和羧酸結構對蛋白上的活性半胱氨酸殘基進行邁克爾加成，這一翻譯後修飾被稱為“衣康酸修飾(itaconation)”。王初課題組此前先後通過競争性ABPP策略以及生物正交的化學探針實現了巨噬細胞及病原菌中衣康酸修飾位點的大規模研究(Nat chem biol 2019,JAmChemSoc 2020, ChemSci 2021)。近年來有研究暗示了衣康酸可能還存在着其它的調控途徑，但截至目前，尚無其它由衣康酸介導的修飾形式被報道。

　　作者在研究巨噬細胞經衣康酸處理後琥珀酰化修飾的水平變化時，意外地通過開放式搜索在質譜結果中發現了一個此前未知的翻譯後修飾，該修飾的數目随着衣康酸的處理有着明顯提升，其對應的分子式C5H4O3正好吻合衣康酸通過結構中的羧基與賴氨酸所形成的衣康酰化修飾。由于賴氨酸上的酰基化修飾通常以對應的酰基輔酶A作為前體，作者随後在巨噬細胞中檢測到了内源衣康酰輔酶A的存在，其含量随着衣康酸的處理有顯著上升，并确定了輔酶A連接在遠離雙鍵的羧基上。

　　作者進一步發現使用細菌表面抗原模拟物刺激巨噬細胞後，衣康酰輔酶A及衣康酰化修飾的水平均有顯著上升。在三次生物學重複中作者共鑒定到了87個高置信度的衣康酰化修飾位點，其中包括一些存在多個修飾位點的蛋白，例如具有7個修飾位點的組蛋白H2B1B和多個糖酵解關鍵酶，暗示着衣康酰化修飾可能具有表觀遺傳調控和對糖酵解通路的調控作用。最後作者利用合成的重标修飾肽對修飾結構進行了确證。

　　衣康酰化修飾的發現為解釋衣康酸參與天然免疫調控的機制提供了一條全新的路徑。此外，本工作采用的抗體“脫靶”富集+開放式搜索策略也為在複雜蛋白質組中發現其它新型翻譯後修飾提供了一種新思路。

　　圖1. 内源代謝物衣康酸通過生成衣康酰輔酶A在蛋白質賴氨酸側鍊産生酰基化修飾

　　王初教授、董甦偉教授為該論文的共同通訊作者，beat365官方网站博士生劉東陽、博士後肖偉弟、beat365藥學院碩士生李昊亭為本文的共同第一作者，張豔玲，袁守麗、李成蹊等為該工作做出了重要貢獻。該工作得到了科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金委重大研究計劃、北京分子科學國家研究中心等項目的資助。

　　論文鍊接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c02332