賴氨酸巴豆醯化修飾

（Lysine Crotonylation， Kcr） 是一種重要的蛋白翻譯後修飾型別，在2011年由芝加哥大學

趙英明

教授團在頂級期刊

Cell

雜誌首次報道。在結構和功能上，Kcr與之前研究的賴氨酸乙醯化完全不同，並存在於哺乳動物中與轉錄活性和細胞訊號通路相關，已被證明在調節基因轉錄中起重要作用。

弓形蟲是一種重要的人畜共患原生動物，這種專性細胞內寄生蟲可以感染所有溫血動物。免疫功能低下的宿主一旦感染弓形蟲可能會導致危及生命的播散性感染。巨噬細胞作為一種重要的效應細胞，直接參與宿主對原生動物感染的防禦。然而，

目前關於組蛋白Kcr在寄生蟲感染引起的免疫應答中生物學功能仍不清楚。

2021年7月8日，來自華中農業大學動物醫學院

方瑞

課題組在國際期刊

Frontiers in immunology

（IF=7。561）上線上發表了題為“

Toxoplasma gondii infection inhibits histone crotonylation to regulate immune response of porcine alveolar macrophages

”的研究成果。該研究

系統地對弓形蟲感染豬肺泡巨噬細胞的巴豆醯化進行研究，揭示了組蛋白巴豆醯化對弓形蟲感染豬肺泡巨噬細胞引起的免疫應答的作用機制。

華中農業大學動物醫學院

楊靜

博士為第一作者，

景傑生物

為該研究提供巴豆醯化修飾組學技術服務及高特異性的巴豆醯化修飾抗體（PTM-502， PTM-509）。

01

弓形蟲感染引起豬肺泡Kcr修飾水平改變

為探究弓形蟲感染豬巨噬細胞後Kcr水平的改變，研究人員首先分別從弓形蟲感染與未感染的巨噬細胞中提取總蛋白進行western blot（WB）分析。結果顯示，

弓形蟲感染後的豬肺泡巨噬細胞中的Kcr修飾水平發生了明顯變化，且弓形蟲感染後組蛋白Kcr修飾水平顯著降低。

透過LC-MS/MS分析，共鑑定到位於458個蛋白上的1542個Kcr位點，定量到位於414個蛋白上的1286個Kcr位點。接著，研究人員進行了motif分析和二級結構預測分析，結果表明，弓形蟲感染豬肺泡巨噬細胞後Kcr的二級結構不存在偏好性，並且被修飾的蛋白質氨基酸殘基的表面屬性也可能不受Kcr 的影響。

圖1。 弓形蟲感染的豬肺泡巨噬細胞Kcr修飾蛋白質組全域性分析

02

弓形蟲感染引起的Kcr差異蛋白功能分析

為進一步明確弓形蟲感染的豬巨噬細胞Kcr蛋白的功能，研究人員對所鑑定到的差異修飾蛋白進行GO功能註釋，發現

下調的Kcr蛋白主要參與染色質組織、DNA構象變化和蛋白質-DNA複合物組裝等生物學過程，而大部分上調的Kcr蛋白參與了細胞氧化還原穩態、氧化還原輔酶代謝和碳水化合物分解代謝過程。

以上結果表明，Kcr修飾蛋白在弓形蟲感染的巨噬細胞的多種生物學過程中都發揮著重要作用。此外，蛋白質-蛋白質相互作用分析顯示，大多數與核糖體和剪接體相關蛋白的Kcr水平呈下調，其中位於Histone H2A、Histone H2B、Histone H4上的17個位點的Kcr表達下調，這表明弓形蟲感染對豬肺泡巨噬細胞中的組蛋白Kcr具有負調控作用。

圖2。 弓形蟲感染的豬肺泡巨噬細胞Kcr修飾蛋白功能分析

03

弓形蟲感染抑制H2BK12巴豆醯化表達

研究人員挑選出H2BK12cr（fold change=0。67）作為進一步研究的物件，與已有報道的RNA-seq聯合分析顯示，50%以上下調基因的轉錄水平降低與H2BK12cr水平降低呈現同步，這表明

弓形蟲感染抑制H2BK12位點的Kcr水平從而抑制基因表達。

此外，研究人員觀察到H2BK12cr修飾水平在NF-κB抑制劑zeta（NF-κBIZ）的外顯子區域顯著上調，這說明對NF-kB可能存在抑制。KEGG通路分析顯示，H2BK12cr下調的基因在MAPK訊號通路、Wnt訊號通路、Rap1訊號通路等轉錄調控和增殖相關通路中顯著富集。

圖3。 弓形蟲感染抑制豬肺泡巨噬細胞H2BK12cr表達

04

宿主對弓形蟲的免疫反應機制研究

HDAC是涉及許多人類疾病的主要表觀遺傳調節劑。因此，研究人員檢測了I類組蛋白脫乙醯酶HDAC1、HDAC2、HDAC3和HDAC8的表達水平，結果顯示，只有HDAC2 表達顯著增加。透過進一步使用pan-Kcr抗體的WB分析證實，

由弓形蟲感染引起的Kcr修飾水平的降低確實是透過HDAC2介導的

，HDAC2可能在弓形蟲感染的豬肺泡巨噬細胞的組蛋白去巴豆醯化中起主要作用。

基於H2BK12cr在NF-κBIZ的外顯子區域顯著上調，研究人員檢測了弓形蟲感染後細胞中NF-κB通路的活性。結果表明，由HDAC2調節的組蛋白Kcr抑制了轉錄因子NF-κB的啟用。進一步分析表明弓形蟲感染增強了細胞增殖，而HDAC2表達的沉默起中和作用。研究還證明了弓形蟲感染引起的巨噬細胞增殖確實是透過PI3K/Akt訊號通路的啟用介導的。

圖4。HDAC2調節組蛋白Kcr對NF-κB活性的影響

透過分析弓形蟲感染的豬肺泡巨噬細胞的全蛋白巴豆醯化修飾組學，本研究

首次報道了豬肺泡巨噬細胞中巴豆醯化修飾的存在，

透過全蛋白巴豆醯化修飾組學分析，為我們提供了對弓形蟲感染後豬肺泡巨噬細胞中蛋白質巴豆醯化修飾的生物學過程的全面瞭解

。同時，組蛋白巴豆醯化功能的揭示為宿主對弓形蟲的免疫反應機制研究提供一定的研究依據，也為寄生蟲免疫逃避機制提供新的見解。

參考文獻：

Yang J， et al。， 2021。 Toxoplasma gondii infection inhibits histone crotonylation to regulate immune response of porcine alveolar macrophages。

Frontiers in Immunology

。

本文由

景傑學術

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