推荐一篇发表在Cell Research上的文章，文章标题为“Lysine 2-hydroxyisobutyrylation of NAT10 promotes cancer metastasis in an ac4C-dependent manner”。本文通讯作者是来自广州医科大学第五附属医院的Bin Li教授，他们课题组专注于肿瘤基础和应用方面的研究。本文中，作者通过结合蛋白质组学和高通量测序策略，成功揭示了NAT10的2-羟基异丁酰化修饰依赖性生物学功能，及其在肿瘤迁移过程中对mRNA稳定性的调节作用。
翻译后修饰（PTMs）显著增加了从基因组到蛋白质组的复杂性。在肿瘤的入侵-转移级联过程中，即使成功矫正了某些基因的突变，研究者们也不能完全揭示癌细胞发展的进程，更无法彻底组织肿瘤的发生与发展。由此，研究者猜测，其中可能存在一些PTM介导的生物学事件。而对于这类肿瘤的诊断与治疗来说，确定其中潜在的新治疗靶点和生物标志物是目前的当务之急。
基于此，本文中，作者们首先对多例食管鳞状细胞癌（ESCC）病人样本中的酰化修饰与甲基化修饰进行了LC-MS/MS分析。结果显示，研究者成功定量到了6841种蛋白质，其中只有赖氨酸上的2-羟基异丁基化（Khib）修饰水平出现显著增加。通过聚类分析，他们选择了与RNA代谢相关的20种潜在相关蛋白，进行后续实验。为了确认结果的普适性以及后续实验的可操作性，他们在人食管鳞状癌细胞KYSE150-Luc细胞系中，同样进行针对Khib修饰鉴定实验。结果同样显示，他们成功鉴定了139种具有差异性表达的蛋白质分子。他们针对这139种蛋白设计了sgRNA文库，进行对应基因的敲除，以及后续高通量测序分析。如他们所愿，成功鉴定了38种功能相关性蛋白。而与前文鉴定20种与RNA代谢相关的候选蛋白进行比较后，他们发现，只有N-乙酰转移酶（NAT10）在两组实验中成功鉴定。于是，研究者后续对NAT10进行了深入研究。
对NAT10的序列与修饰位点进行分析，他们意识到NAT10上存在着12个Khib的修饰位点，而其中符合从正常组织到肿瘤组织逐渐升高，且从肿瘤组织到淋巴转移组织突增趋势的，只有823位。因此，他们对这一修饰位点筛选了对应的抗体，并进行了分析。序列保守性上看，这一位点具有非常高的保守性。同时，这一位点的修饰水平确实与存活时间长度呈现出负相关趋势。考虑到其同属于酰化修饰，研究者对823Khib修饰的修饰酶和去修饰酶进行了筛选。鉴定结果显示，KAT7是其主要修饰酶，而SIRT7是其主要的去修饰酶。
此外，K823R突变显著影响了NAT10蛋白的稳定性。对此位点的相互作用蛋白进行鉴定后，他们意识到USP38可能与NAT10稳定性有关。后续结果中显示，两者之间存在紧密的相互作用的同时，USP29的表达会显著提高NAT10蛋白的稳定性，且823位的Khib修饰显著影响两种蛋白之间的相互作用，进而影响NAT10的下游功能。NAT10是目前唯一被鉴定的mRNA胞嘧啶乙酰转移酶，其蛋白量的积累很可能会影响下游mRNA的稳定性。由此，作者对样本进行了acRIP-seq和RNA-seq。结果显示，NAT10确实影响了多种mRNA的ac4C修饰的水平与稳定性，且NOTCH3 mRNA是其直接修饰底物之一。通过提高NOTCH3 mRNA ac4C的修饰水平，进而同步提高其mRNA稳定性，进而促进肿瘤的迁移。最后，通过虚拟筛选与对应实验，他们筛选出了一种具有NAT10 Khib修饰的抑制剂先导化合物分子，并成功在肿瘤模型上实现了转移的抑制。综上，作者结合了基于亲和富集抗体的蛋白质组学技术和针对酰化修饰/RNA的高通量测序策略，成功揭示了NAT10的2-羟基异丁酰化修饰依赖性蛋白与mRNA稳定性调控的分子机制，建立了一条从蛋白PTMs出发，最终实现对蛋白与转录组水平进行调控的机制网络，具有重要的生物学意义。原文链接：https://www.nature.com/articles/s41422-023-00793-4文章引用：DOI: 10.1038/s41422-023-00793-4.
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