表观修饰的“当红炸子鸡”

组蛋白是核小体的组成单位，真核生物的一个核小体由组蛋白H2A，H2B，H3和H4形成的八聚体以及缠绕在上面的DNA组成。在组蛋白的N端尾部会发生大量的翻译后修饰，例如甲基化、乙酰化、泛素化等。不同的组蛋白修饰对机体会有不同的功能，例如调控RNA转录、DNA复制和损伤的修复等。其中，组蛋白的赖氨酸（K）可以在一定情况下被乳酸化修饰（lactylation），这种翻译后修饰的现象被称为组蛋白乳酸化。

一. 组蛋白乳酸化的发现

乳酸的大量生成与多种疾病相关，包括肿瘤、败血症以及自身免疫疾病，通常我们认为这些乳酸是能量来源和代谢的副产物。美国芝加哥大学的赵英明教授于2019年首次发现并证明了乳酸的积累会促进组蛋白赖氨酸残基上的乳酸化修饰，并且该表观修饰可以直接促进基因的转录[1]。该研究不仅让人们重新认识到乳酸不单单是代谢的副产物，它的积累会影响机体的表观修饰，与此同时也让乳酸化这一新型表观修饰进入了大众的视野。

二. 组蛋白乳酸化的研究进展

随着组蛋白乳酸化逐渐被大家所认知，尤其是组蛋白乳酸化与肿瘤发生息息相关。因此，该方向的研究在近几年成为了高水平文章的宠儿，现如今已成为表观修饰领域里的“当红炸子鸡”。接下来我们为大家总结一下近几年组蛋白乳酸化方向的高水平文章，为大家提供一些科研思路。

①. 组蛋白乳酸化通过促进m6A阅读蛋白YTHDF2在眼部黑色素瘤中的表达来驱动肿瘤发生[2]

研究技术：Western blot，ChIP-seq，RNA-seq，RIP-qPCR（爱基百客均可提供）

【摘要 】

组蛋白乳酸化是一种与代谢应激有关的组蛋白修饰，在M1巨噬细胞极化过程中对基因表达的调节起着重要作用。然而，组蛋白乳酸化在肿瘤发生中的作用仍不清楚。在这里，作者发现组蛋白乳酸化水平在肿瘤中提高，并与眼部黑色素瘤的不良预后有关。对组蛋白乳酸化异常的靶向纠正在体外和体内都是有效的。从机制上讲，组蛋白乳酸化通过促进YTHDF2的表达而有助于肿瘤的发生。此外，YTHDF2识别m6A修饰的PER1和TP53 mRNA并促进其降解，从而加速眼部黑色素瘤的肿瘤发生。该研究揭示了组蛋白乳酸化的致癌作用，从而为眼部黑色素瘤治疗提供了新的治疗靶点。研究还将组蛋白修饰与RNA修饰联系起来，这为肿瘤发生中的表观遗传调节提供了新的见解。

②. 乳酸化驱动的METTL3介导的RNA m6A修饰促进肿瘤浸润骨髓细胞的免疫抑制[3]

研究技术：Western blot，RNA-seq, MeRIP-seq，ChIP-seq，ChIP-qPCR（爱基百客均可提供）

【摘要 】

肿瘤浸润性骨髓细胞（TIM）是参与肿瘤免疫逃逸的关键细胞群，其功能受到多种表观遗传机制的调节。RNA N6-甲基腺苷（m6A）修饰在控制TIM功能方面的精确调节模式仍不为人所知。作者的研究发现，TIM中甲基转移酶-like 3（METTL3）的表达升高与结肠癌患者的预后不佳相关，而且骨髓内缺乏METTL3会减弱小鼠的肿瘤生长。METTL3介导了TIMs中Jak1 mRNA的m6A修饰，m6A-YTHDF1增强了JAK1蛋白的翻译效率和随后STAT3的磷酸化。肿瘤微环境中积累的乳酸通过H3K18乳酸化作用有效地诱导TIMs中METTL3的上调。有趣的是，作者在METTL3的锌指结构域中发现了两个乳酸化修饰位点，这对METTL3捕获靶RNA至关重要。研究结果阐明了乳酸化驱动的METTL3介导的RNA m6A修饰对促进TIMs的免疫抑制能力的重要性。

③.组蛋白乳酸化标记了组织特异性的活化增强子[4]

研究技术：Western blot，CUT&Tag（爱基百客均可提供）

【摘要 】

组蛋白乳酸化最近被描述为一种新的组蛋白翻译后修饰，将细胞代谢与表观遗传调控联系起来。鉴于这种修饰的预期相关性和目前对其功能的有限了解，该文章在各种体外和体内样本中生成了分布在全基因组的H3K18la数据集，包括小鼠胚胎干细胞、巨噬细胞、脂肪细胞以及小鼠和人类骨骼肌。该文章将它们与已确定的组蛋白修饰和基因表达模式的概况进行比较，有监督和无监督的生物信息学分析表明，整体的H3K18la分布与H3K27ac相似，尽管该文章也发现了明显的差异。H3K18la标记了大多数组织中高表达基因启动子的活性CpG岛，包括许多管家基因，并与H3K27ac和H3K4me3以及基因表达呈正相关。此外，H3K18la富集在活跃的增强子上，这些增强子位于对各自组织有重要功能的基因附近。总的来说，该文章的数据表明，H3K18la不仅是活性启动子的标志，也是组织特异的活性增强子的标志。

详细解读：国自然热点 | CUT&Tag解析组蛋白乳酸化H3K18la修饰在小鼠和人组织中的全基因组分布特征

④. 阿尔茨海默症患者H4K12乳酸化对小胶质细胞糖代谢的正反馈调节[5]

研究技术：CUT&Tag，Western blot（爱基百客均可提供）

【摘要 】

小胶质细胞的促炎性激活是阿尔茨海默症（AD）的标志，这一过程涉及从氧化磷酸化（OXPHOS）向糖酵解的转变。在这里，该文章展示了小胶质细胞中的正反馈回路如何驱动AD发病的机制，并证明了抑制小胶质细胞的这种循环可以改善AD小鼠模型（5XFAD）中的Aβ负荷和认知缺陷。在首次检测到5XFAD小鼠和AD患者大脑样本中组蛋白乳酸化升高后，该文章观察到Aβ斑块附近小胶质细胞中H4K12la水平升高。这种乳酸依赖性组蛋白修饰在糖酵解基因的启动子处富集并激活转录，从而提高糖酵解活性。最终，糖酵解/H4K12la/PKM2正反馈回路加剧了AD小鼠的小胶质细胞功能障碍。对PKM2的药理学抑制减弱了小胶质细胞的活性，小胶质细胞特异性消除Pkm2改善了AD小鼠空间学习和记忆。因此，该文章的研究表明，破坏正反馈回路可能是治疗AD的潜在治疗方法。

⑤. 乳酸化组分析表明肝癌的代谢适应机制依赖于乳酸化。[6]

研究技术：蛋白质组，RNA-seq(爱基百客均可提供）

【摘要 】：

糖酵解的增强和乳酸的积累是各种类型癌症的一个共同特征。细胞内的乳酸促使最近描述的一种翻译后修饰类型的发生，即核心组蛋白上的赖氨酸乳酸化（Kla）。然而，乳酸化对肿瘤细胞生物过程的影响在很大程度上仍然是未知的。在这里，该文章展示了对前瞻性收集的乙型肝炎病毒相关的肝癌（HCC）队列进行的全球乳酸化组分析。综合肿瘤和邻近肝脏的乳酸化组和蛋白质组分析识别出9,275个Kla位点，其中9,256个位点在非组蛋白上，表明Kla是组蛋白和转录调节之外的一种普遍修饰。值得注意的是，Kla优先影响参与代谢途径的酶，包括三羧酸循环，以及碳水化合物、氨基酸、脂肪酸和核苷酸的代谢。该文章进一步验证，K28处的乳酸化抑制了腺苷酸激酶2的功能，促进了HCC细胞的增殖和转移。因此，该文章的研究揭示，Kla在调节细胞代谢方面起着重要作用，并可能促进HCC的进展。

三. 总结

由以上文章我们可以发现，乳酸化在自然界普遍存在，不仅仅组蛋白，其他蛋白的乳酸化也很常见。乳酸化与其他的表观现象紧密联系，共同调控基因的功能。尤其是乳酸化在肿瘤的发生与发展上具有重要作用，为肿瘤研究提供了新的思路与方向。

随着研究的深入，蛋白的乳酸化这种翻译后修饰的表观现象被逐渐揭开了神秘的面纱，但这也只是冰山一角，还有海量的问题值得我们去探索。借着这股乳酸化的东风，我们可以将研究更多的偏向该方向，这样不仅对我们的文章质量，以及基金的申报都有不小的帮助。

组蛋白乳酸化研究中用到的ChIP-seq和CUT&Tag技术正在大促哟~有需求的小伙伴不要错过啦。

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