芝加哥大学赵英明课题组主要研究和发展基于生物质谱的各种新型蛋白质组学技术，尤其致力于蛋白质新型修饰的发现，目前已经发现的新修饰包括赖氨酸的丙酰化、丁酰化、琥珀酰化、巴豆酰化、乳酸化，今天跟大家分享的是赵英明课题组发表于Nature Communication上的组蛋白苯甲酰化修饰，该修饰能被SIRT2调控，且与基因转录相关。

    苯甲酰辅酶A是细菌和肠道菌群芳香族基质降解过程中的主要中间产物，而哺乳动物中苯甲酰辅酶A主要来源于苯甲酸钠。苯甲酸钠已被临床批准用于治疗急性高氨血症，但是给药剂量不足会引发一系列并发症，因此，苯甲酸钠的作用机制还是未知的。

一 发现和验证苯甲酰化（Kbz）
  如何寻找和发现新的组蛋白翻译后修饰？作者首先提取核心组蛋白，Trypsin酶解后进行质谱检测，并通过PTMap软件的分析比对，发现组蛋白上由于修饰造成的质量偏移。通过这种方法作者发现H2B肽段K5上有一个分子量104.0262的质量偏移。经结构分析，推测可能是苯甲酰基。
   作者通过体外合成相同的肽段，验证发现体内和合成肽段二级碎片及色谱保留时间一致，确定了H2B上的新型修饰是苯甲酰化。同时合成出了泛苯甲酰化抗体，并在多个细胞系中检测到了苯甲酰化修饰。

二 表征HepG2 和RAW 细胞中的苯甲酰化位点
    作者通过给药苯甲酸钠，提取HepG2 和RAW 细胞的核心组蛋白，在两种细胞中共鉴定出22个苯甲酰化修饰位点，且均主要分币于N端，与已知的乙酰化和巴豆酰化相比分布更加紧密，这提示我们苯甲酰化可能存在不同的染色质调节功能。

三 苯甲酸钠促进苯甲酰辅酶A的产生
    乙酰化是通过将乙酰辅酶A上的乙酰基转移至赖氨酸残基上修饰而成，并动态调控乙酰转移酶/去乙酰转移酶的表达水平来调节修饰比例。有文献报道，短链脂肪酸能促进相关酰基辅酶A的产生，并促进组蛋白上的酰化修饰。作者推测，体外提供苯甲酸钠，可能会促进苯甲酰辅酶A的产生，提高组蛋白上的苯甲酰化修饰水平。因此，在代谢物标记实验中，确实发现了含同位素的苯甲酰化修饰，且苯甲酰辅酶A的含量和苯甲酰化水平与苯甲酸钠给药呈剂量依赖性的上升。

四 SIRT2可以逆转组蛋白的苯甲酰化修饰
    组蛋白去乙酰化酶可以清除蛋白上的乙酰基团，其中SIRT5，是依赖NAD +的脱丙二糖基化酶，脱琥珀酸酶和脱谷氨酰酶，说明HDAC可能具有潜在的去苯甲酰化的作用。
   体外实验中，作者利用合成的苯甲酰化修饰肽段，尝试了所有HDAC家族的酶，最后发现SIRT2具有去苯甲酰化的作用，而HDAC I和II类没有相关作用。酶活实验中，SIRT2的去苯甲酰化活性显著高于去乙酰化活性。体内实验中，敲除SIRT2基因的小鼠胚胎成纤维细胞，H3和H2B的组蛋白苯甲酰化水平显著上升，而SIRT2过表达的细胞中Kbz水平显著下降。

五 HepG2细胞中组蛋白苯甲酰化的全基因组分布
    ChIP-sequence实验中，超过一半的基因与启动子相关，且苯甲酰化修饰具有和乙酰化修饰类似的基因转录方面的功能。后续验证发现，TSSs处的基因表达水平与苯甲酰化修饰呈正相关，进一步证明该修饰与基因转录功能相关。基因集富集分析（GSEA）中，通过KEGG通路分析发现与甘油磷脂代谢，卵巢类固醇生成和磷脂酶D信号通路相关。并从这三个通路中选择了4个基因（PLA2G4C, ACHE, PLA2G15，PTGS2）进行验证，发现苯甲酰化修饰水平上升能促进所选基因的表达，这表明组蛋白的苯甲酰化确实可以调控基因的表达。

DOI:10.1038/s41467-018-05567

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-05567-w