蛋白质新修饰赖氨酸-2-羟基异丁酰化及其调控酶在肺纤维化过程中的作用与机制

Because of the increaring polution of air, pulmonary fibrosis becomes a big threaten to our health. Previous studies indicate that acetyltransferases and deacetylases balance disorders lead to abnormal post-translational modifications of proteins, which is closely related to some fibrotic diseases. We have discovered a novel protein modification lysine 2-hydroxyisobutyrylation in vivo recently, but the role and mechanism of lysine 2-hydroxyisobutyrylation and its regulatory enzymes in pulmonary fibrosis are still unknown. This project aims at the frontier of protein modification disorders and pulmonary fibrosis to draw the lysine 2-hydroxyisobutyrylation spectrum in fibrotic lung cells, identify the regulatory enzymes of lysine 2-hydroxyisobutyrylation and their substrates, study the mechanisms of inhibitors of regulatory enzyme of lysine 2-hydroxyisobutyrylation in pulmonary fibrosis, and clarify the functions of lysine 2-hydroxyisobutyrylation in the process of pulmonary fibrosis. The use of cutting-edge mass spectrometric technology to study the lysine 2-hydroxyisobutyrylation and its regulatory enzymes will help to broaden our knowledge on this new modification and elucidate the mechanism of lysine modifications in pulmonary fibrosis, which will provide a new theoretical basis for the discovery of biomarkers and drug targets of pulmonary fibrosis, and open up new ideas for the diagnosis and treatment of pulmonary fibrosis.

面对日益严重的空气污染，肺纤维化疾病严重危害着人们的健康。研究表明，乙酰化酶（HATs）和去乙酰化酶（HDACs）平衡的紊乱导致蛋白质修饰水平的异常与纤维化疾病密切相关。我们最近发现了新型的蛋白质修饰赖氨酸-2-羟基异丁酰化，但对该修饰及其调控酶在肺纤维化疾病中的作用与机制认识不足。本课题瞄准蛋白质修饰调控失调与肺纤维化疾病发生发展这个前沿领域，绘制肺成纤细胞中赖氨酸-2-羟基异丁酰化修饰谱，鉴定赖氨酸-2-羟基异丁酰化调控酶及其底物，研究赖氨酸-2-羟基异丁酰化调控酶抑制剂在肺纤维化中的作用机制，阐明赖氨酸-2-羟基异丁酰化在肺纤维化发生过程中作用与功能。运用前沿生物质谱技术研究肺成纤细胞中赖氨酸-2-羟基异丁酰化及其调控酶，对拓宽该蛋白质新修饰的认识和阐明赖氨酸修饰在肺纤维化疾病中的调节机制有重要意义，为发现肺纤维化生物标志物和药物靶点提供新的理论依据，为肺纤维化诊断和治疗开辟新思路。

肺纤维化致残率和致死率高，预后差，且发生发展机制不明确，缺乏有效的治疗方案。HATs/HDACs 失调与一些组织纤维化疾病密切相关，最直接的表现形式就是生物体内蛋白质修饰水平出现异常。本课题以赖氨酸-2-羟基异丁酰化为切入点，研究了博来霉素诱导的肺纤维化过程中赖氨酸-2-羟基异丁酰化修饰谱动态变化规律，赖氨酸-2-羟基异丁酰化的调控机制，以及赖氨酸-2-羟基异丁酰化调控酶的干预在肺纤维化治疗中的应用，并获得了四个重要进展。1）首次发现TIP60和HDAC2/3是赖氨酸-2-羟基异丁酰化修饰的调控酶，其中TIP60是赖氨酸-2-羟基异丁酰化修饰酶，HDAC2/3是赖氨酸-2-羟基异丁酰化去修饰酶；2）发现HDAC3抑制剂和异丁酸联用可以改善博来霉素诱导的肺纤维化，增加小鼠存活率；3）开发了一种微量样品中高通量定量检测蛋白质翻译后修饰的新技术，和传统的翻译后修饰高通量检测技术，这项技术不需要富集就可以检测低至103个细胞中的翻译后修饰，而且可以得到较好的检测通量；4）利用微量修饰组学技术，我们分别探究了纤维化，HDAC3抑制剂干预，异丁酸干预，HDAC3抑制剂和异丁酸联合干预的小鼠肺组织中赖氨酸-2-羟基异丁酰化修饰动态变化，发现多种与肺纤维化相关的蛋白的赖氨酸-2-羟基异丁酰化发生了显著变化，该研究详细地阐述了赖氨酸-2-羟基异丁酰化调控机制，为其功能的研究奠定了基础，并且发现了HDAC3抑制剂和异丁酸联合干预可能比传统的HDAC抑制剂单独干预在肺纤维化的治疗中更好。此外，微量修饰组学技术的开发，不但降低了待检测样品的起始用量，还极大的降低了蛋白修饰检测的成本，使得蛋白修饰组的高通量大样本临床研究成为可能，可望为开发新的临床诊断技术提供助力。