组蛋白丙酰化修饰：酶体系的鉴定及对转录调控与糖尿病发生发展作用的研究

Although recent studies have linked histone propionylation to transcriptional activation in mammalian cells, but its dynamic enzymes and physiological function in transcription remain poorly defined. We used immunofluorescence staining assays to screen the HAT and HDAC family proteins, and our results demonstrated that histone acetyltransferase CBP/p300,GCN5, MOF and HBO1 possess HPT(Histone propionyltransferase) activity and class I HDACs are the major HDPRs(Histone depropionylase). The transcription of starvation-induced key genes involved in fatty acid ß oxidation is up regulated by histone propionylation. In this proposal, we aim to identify other HPTs, HDPRs and the "reader" protein of histone propionyation, and investigate how histone propionylation regulates general transcription and specific gene transcription. Also we want to know the function of histone propionylation in development of diabetes and give some information for diabetes therapy.

近年来研究表明组蛋白丙酰化修饰与转录调控有一定的相关性，但是组蛋白丙酰化修饰的酶体系及生物学功能还有待于进一步的研究。通过大规模筛选组蛋白乙酰转移酶家族及组蛋白去乙酰化酶家族成员，我们证明了组蛋白乙酰转移酶CBP/p300，GCN5，MOF及HBO1具有组蛋白丙酰转移酶活性，Class I家族的HDAC1，HDAC2，HDAC3及HDAC8具有去组蛋白丙酰化修饰的酶活性，并且发现组蛋白丙酰化修饰可以促进饥饿诱导的脂肪酸β氧化关键基因的表达调控。本项目以此为研究基础，继续寻找组蛋白乙酰基转移酶及去乙酰化酶家族其它成员是否也具有催化或者去除组蛋白丙酰化修饰的酶活性；继续探讨组蛋白丙酰化修饰对脂肪酸β氧化关键基因表达的调控及对整体转录的影响；临床样本及动物水平研究组蛋白丙酰化修饰对糖尿病发生发展的作用，为糖尿病的临床治疗提供一定理论基础。

赖氨酸丙酰化修饰与赖氨酸乙酰化修饰一样，是一种动态可逆的、在进化上保守的赖氨酸修饰。丙酰辅酶A，作为丙酰化修饰的供体，主要来自于脂肪酸的氧化和氨基酸的代谢。有研究表明CBP/p300、GCN5及MOF在体外可以催化组蛋白丙酰化修饰，并且丙酰化修饰富集的区域与转录激活具有相关性。但是总的来说，目前关于组蛋白丙酰化修饰的酶体系及生物学功能的研究相对较少。首先，丙酰化修饰和乙酰化修饰一样虽然都可以广泛的发生在组蛋白及非组蛋白上，但丙酰化修饰是否在转录调控中具有广泛的作用还不清楚；其次，虽然基于体外实验证明了部分乙酰化酶具有催化组蛋白丙酰化修饰的活性，但组蛋白丙酰化酶还有待于细胞水平的系统研究；另外，目前关于组蛋白去丙酰化酶也研究甚少，虽然体外实验发现SIRT1-3具有去丙酰化活性，但在细胞内哪些酶具有去组蛋白丙酰化修饰酶活性有待研究；组蛋白丙酰化修饰与人类疾病的相关性及作用研究甚少。.本项目主要对组蛋白丙酰化修饰的酶体系及对转录调控生物学功能以及与2型糖尿病之间的相关性进行研究。基于前期的实验探索，表明组蛋白丙酰化修饰与组蛋白乙酰化修饰可能共享一套酶体系，我们首先对乙酰化酶家族（CBP/p300家族、GCN5家族和MYST家族）和去乙酰化酶家族（HDAC1-11和SIRT1-7）进行了组蛋白丙酰化酶和去组蛋白丙酰化酶的筛选。通过免疫染色和Western blot等实验，证明了CBP/p300、GCN5、MOF以及与Jade1共表达的HBO1具有催化组蛋白丙酰化酶活性；Class I家族的HDAC1-3和HDAC8是主要的去组蛋白丙酰化酶。通过对肝癌细胞的饥饿处理，发现组蛋白丙酰化修饰上升，组蛋白乙酰化修饰下降，而其他修饰没有明显变化，并且饥饿处理能够促进脂肪酸β氧化过程关键基因的表达。通过对2型糖尿病病人外周血细胞及小鼠肝脏组织修饰水平的检测，发现组蛋白丙酰化修饰在糖尿病病人和小鼠样本中相对较高，提示丙酰化修饰可能与糖尿病的发生发展具有相关性。