景杰重磅快讯丨Nature Comm: 乙酰化组学揭示KAT2A/2B通过调控PLK4维持细胞周期稳定的新机制

景杰编者按：最新发表在国际知名期刊《Nature Communications》上的文章通过蛋白质乙酰化组学研究乙酰化在调控分子功能及生物学意义中的重要应用，并深入验证乙酰化修饰（通过KAT2A/2B介导）负调控PLK4的激酶活性，从而抑制中心体的过度复制，有效维持了正常的细胞周期和基因组/染色体组的稳定。景杰公司作为全球蛋白质及翻译后修饰的领跑者，可以为您提供一整套乙酰化研究的解决方案，从高灵敏度的乙酰化抗体到高通量乙酰化修饰组学，为您的研究助一臂之力。

前言：目前已知有~6000个蛋白被乙酰化修饰调控，其中组蛋白的乙酰化是重要的表观遗传学指征，与DNA复制和修复、转录激活等过程密切相关。然而还有大量的非组蛋白乙酰化的生物学功能和意义值得探索。另一方面，蛋白质乙酰化修饰受到20多种赖氨酸乙酰转移酶（KAT）调控，其中赖氨酸乙酰转移酶KAT2A/2B通过调控组蛋白H3、H4的乙酰化引起染色质结构的改变，进而影响如细胞周期变化、细胞凋亡等多种重要生理过程。但是关于KAT2A/2B调控非组蛋白乙酰化与其生物学功能的研究还处在初级阶段，同时一个完整详实的KAT2A/2B底物列表尚未出现，这也阻碍了更深层次作用机理的研究。

研究思路和成果： 在本研究中，来自法国斯特拉斯堡大学的科研团队通过 “鸟枪法”蛋白质修饰组学发现，细胞内398个非组蛋白底物上的1569个乙酰化位点受到KAT2A/2B调控。高通量生物信息学分析表明这些蛋白参与了DNA复制、转录调控、组蛋白修饰、蛋白运输、细胞伸缩、细胞凋亡等多种生物学过程。最后研究人员将目光聚焦在了中心体复制这一与细胞周期紧密联系，但却鲜有报道被赖氨酸乙酰化调控的生物学过程。

在多细胞生物中，丝苏氨酸激酶PLK4（Polo-like kinase 4）是调节中心体复制的关键蛋白，PLK4的活性和稳定性必须被严格调控，否则会引起染色体组严重的缺陷甚至引发癌症。而有意思的是，基于修饰组学数据的结构域分析（Domain analysis）发现，PLK4的K45/K46位两个赖氨酸的乙酰化被KAT2A/2B调控，而更重要的是，通过分子动力学模拟和生化实验分析，研究人员发现PLK4 K45/K46乙酰化不仅会干扰其激酶结构域众多氨基酸侧链的空间布局，更会导致PLK4激酶倾向于失活的构象，大幅降低其激酶活性及自磷酸化（auto-phosphorylation）水平。

文章进一步通过免疫荧光（IF）和免疫印迹（IP, WB）等手段研究了受KAT2A/2B 调控的PLK4乙酰化在中心体复制和细胞周期中的生物学意义。KAT2A/2B与PLK4共定位于中心体上，并主要在G1晚期和S早期相互结合，而受KAT2A/2B调控的乙酰化修饰抑制了PLK4的激酶活性，进而抑制了中心体的复制。这种具有时空特异性的精准调控在不影响中心体正常功能的情况下有效的避免了中心体的过度复制，维持了基因组/染色体组的稳定。

综上所述，本文通过高通量乙酰化修饰组学找到了~400个受KAT2A/2B调控的非组蛋白靶标，并通过一系列的分子动力学模拟和生化实验验证了乙酰化修饰（由KAT2A/2B介导）负调控PLK4的激酶活性，从而抑制了中心体的过度复制，有效维持了正常的细胞周期和基因组/染色体组的稳定。

如今，高通量蛋白质组学和修饰组学已越来越多的被运用到了生命科学与医学的各个领域之中，从分子机制、信号通路的探索，到临床诊断生物标志物的发现，再到药物的开发，疾病的治疗和预后等等方面，起到极大的推动作用。

参考文献：Fournier et al., KAT2A/KAT2B-targeted acetylome reveals a role for PLK4 acetylation in preventing centrosome amplification.  2016 Oct 31;7:13227.

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