组蛋白翻译后修饰识别蛋白系统鉴定新方法再研究

A large number of experimental evidences show that histone post-translational modifications (HPTMs) recruit specific recognition proteins (readers), and thus their interaction is a key molecular event that activates related gene transcription under physiological or pathological conditions, which has become the hotspot in chemistry and biomedical sciences. However, because of the low abundance of reader protein itself, weak interaction between HPTM and reader, and the dynamic changes of HPTM, it is still a challenge to identify the reader proteins of HPTMs from the complex system, which has become the bottleneck to restrict further development of gene expression study on the epigenetic regulation, thus the related analytical method or technology is now a challenging and advanced subject in analytical chemistry. Toward the problem, we will further investigate the identification of reader proteins of HPTMs on the basis of our previous work (supported by NSFC and published on Angewandte Chemie International Edition in 2016). In this project, we will prepare the HPTM dual probes based on DNA-templated technology and a photo-crosslinking method, specific recognition domain probes and HPTM peptide library to develop the novel strategy for the separation and identification of HPTM reader proteins. Using the high sensitive and reliable methods, we will focus on the discovery of the novel reader proteins that recognize specifically novel HPTMs and combinational HPTMs, the elucidation of the complex interaction between multiple HPTMs and readers, and the construction of molecular network of specific HPTM reader proteins in esophageal cancer, and further carry out the biochemical significance of the HPTM reader proteins.

大量实验证据表明，组蛋白翻译后修饰招募其特异性识别蛋白，二者相互作用，是开启生理或病理状态下，相关基因转录激活的关键分子事件，是当前化学与生物医学的研究热点。然而由于识别蛋白丰度低，与组蛋白修饰的作用较弱、且动态变化，因此组蛋白修饰识别蛋白的鉴定非常困难，成为这一研究领域的瓶颈，其相关的分析新技术新方法已成为分析化学领域富有挑战性的前沿课题。鉴于此，在我们前期工作（《德国应用化学》2016年发表）基础上，本项目拟通过基于DNA模板亲和光交联组蛋白修饰二元探针；组蛋白修饰特异性识别结构域探针与组蛋白修饰多肽库，构建新的实验研究策略，深入开展组蛋白翻译后修饰识别蛋白分离分析新方法再研究，以提高识别蛋白鉴定的灵敏度与可靠性，发掘新的识别蛋白，表征组蛋白多修饰与识别蛋白结构域间的多元复合作用，并将之适时应用于食管癌研究，构建食管癌组蛋白修饰特异性识别蛋白分子网络，探索其生物学意义。

组蛋白翻译后修饰及其特异性识别蛋白，对基因转录具有重要的调控功能，是当前化学与生物医学的研究热点。越来越多的证据提示，新型蛋白质修饰可能具有重要的生物学意义。然而，新的蛋白质修饰及其识别蛋白的鉴定仍是当前具有挑战性的课题。本项目针对蛋白质翻译后修饰和识别蛋白，发展了一系列高灵敏分析新方法，并成功应用于表观遗传学、肿瘤生物学、微生物学等领域，取得了多项新的发现。本项目的开展，在蛋白质翻译后修饰及其识别蛋白的系统鉴定、组学分析、功能和调控机制等方面取得了创新性成果，具有重要的科学意义，具体内容如下：. （1）针对组蛋白修饰的识别蛋白，发展了5种不同策略的分析新方法，发现并验证了一系列新的识别蛋白，为表观遗传学提供了新的分析工具、方法和潜在的调控因子；. （2）系统表征了食管癌细胞的蛋白质组学和赖氨酸修饰组，发现了食管癌细胞中异常下调的琥珀酰化修饰并揭示了其肿瘤生物学功能，为食管癌研究提供了基于赖氨酸修饰的潜在标志物和治疗靶点；. （3）率先发现了细菌中蛋白质赖氨酸-2-羟基异丁酰化的修饰酶TmcA和去修饰酶CobB，系统鉴定了其调控的修饰靶点和分子网络，阐明了介导该修饰调控细胞代谢、基因转录的分子机制。研究成果为细菌中赖氨酸-2-羟基异丁酰化研究奠定了基础，并提出了新的方法和功能机制，也为细菌耐酸性研究提供了新思路；. （4）率先发现了细菌中的赖氨酸乳酸化修饰、修饰酶、去修饰酶；系统鉴定了其组学特征和调控的分子网络；揭示了CobB介导该修饰调控代谢，影响大肠杆菌生长的分子机制。研究成果为细菌的蛋白质翻译后修饰研究提供了新的视角和框架。. 以上成果已发表论文16篇（均标注本项目基金号），其中包括，1篇Nature Chemical Biology，1篇Science Advances，1篇Molecular Cell，1篇Nature Communications，以及4篇Analytical Chemistry（项目负责人张锴为上述论文通讯作者）；申请发明专利1项。上述研究成果引起国内外同行关注，促进了蛋白质组学和翻译后修饰分析及相关领域的研究。