組蛋白翻譯后修飾（Post-Translational Modification, PTM）是組蛋白完成翻譯過程后發(fā)生在氨基酸殘基上的化學(xué)修飾，也是真核細(xì)胞表觀遺傳學(xué)功能調(diào)控的重要的方式。除經(jīng)典的賴氨酸乙?；揎椡?，近年來科學(xué)家們在組蛋白賴氨酸殘基上發(fā)現(xiàn)了其它類型的?；揎棧绨投辊；?、丙二?；?、琥珀酰化、苯甲?；?-羥基異丁酰化等。其中巴豆?；揎椗c乙?；揎椕芮邢嚓P(guān)，這是因?yàn)樵撔揎椬鳛榛蜣D(zhuǎn)錄激活的標(biāo)記，與乙酰化修飾類似，都是酶參與調(diào)控的修飾過程，且二者在一定程度上存在共同的修飾酶和去修飾酶。然而，研究表明巴豆?；赡艽嬖诓煌谝阴；揎椙疑形窗l(fā)現(xiàn)的生物學(xué)功能。因此，揭示不同?；揎椩诮M蛋白同一位點(diǎn)的生物學(xué)功能差異是研究組蛋白酰化修飾的難點(diǎn)問題。有意思的是自然界中的產(chǎn)甲烷菌可以將?；倪量┵嚢彼嵋砸环N獨(dú)特存在的共翻譯修飾（Co-Translational Modification，CTM）方式，作為組成蛋白質(zhì)的氨基酸之一進(jìn)行遺傳編碼。如果通過合成生物學(xué)與化學(xué)生物學(xué)的手段，創(chuàng)造一個(gè)物種，把核小體上組蛋白的?；揎椨煞g后修飾變成共翻譯修飾，直接讓細(xì)胞依賴于化學(xué)修飾的組蛋白存活，會產(chǎn)生什么樣的進(jìn)化差異呢？
針對這一問題，近日，北京大學(xué)劉濤研究員、劉小云研究員和中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院羅小舟研究員合作，以釀酒酵母為模式生物，通過發(fā)展適合酵母的基因密碼子擴(kuò)展（Genetic Code Expansion, GCE）技術(shù)，在組蛋白H3K56位點(diǎn)引入共翻譯修飾（Co-Translational Modification, CTM），創(chuàng)造了一種依賴于CTM核小體的酵母菌（pM56），并解析了該位點(diǎn)的乙?；揎椇桶投辊；揎椀臐撛谏飳W(xué)功能差異。
pM56菌株中基因組編碼的野生型組蛋白H3被CTM組蛋白H3突變體所取代，組蛋白H3突變體可借助篩選優(yōu)化的釀酒酵母GCE體系（PLRS/4xtRNALeu）對56位點(diǎn)進(jìn)行非經(jīng)典氨基酸（Non-canonical Amino Acid，ncAA）突變獲得。該菌株僅在含有CTM氨基酸（乙酰賴氨酸AcK、巴豆酰賴氨酸CroK以及乙酰賴氨酸類似物KetotK）的培養(yǎng)基中存活。 為研究組蛋白不同?；揎棇NA損傷修復(fù)的影響，作者使用DNA損傷試劑MMS處理pM56菌株。結(jié)果表明，和組蛋白H3K56位點(diǎn)巴豆?；残揎椣啾龋摼曛薪M蛋白H3K56位點(diǎn)的乙?；残揎椖軌?yàn)獒劸平湍窪NA損傷修復(fù)提供更為有利的染色質(zhì)環(huán)境。RNA測序結(jié)果顯示，相比于MMS處理的pM56CroK菌株，pM56AcK菌株中與氨腈水合酶/生殖/細(xì)胞壁相關(guān)的基因表達(dá)水平顯著性上調(diào)，而pM56CroK菌株中則表現(xiàn)出激酶相關(guān)基因表達(dá)水平的上調(diào)。 同時(shí)，作者結(jié)合定量蛋白組學(xué)技術(shù)分析組蛋白H3K79位點(diǎn)甲基化水平（包括單甲基化、二甲基化和三甲基化），發(fā)現(xiàn)不同?；揎棇TM豐度的影響也存在一定的差異。 這一研究方法為探索真核生物組蛋白PTM錯(cuò)綜復(fù)雜的生物學(xué)功能提供了更多的可能性，同時(shí)也為研究在漫長的進(jìn)化過程中PTM的角色演變奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。 論文信息 Creation of a Yeast Strain with Co-Translationally Acylated Nucleosomes Dan Wu, Yunfeng Zhang, Zhiheng Tang, Xiaoxu Chen, Xinyu Ling, Longtu Li, Wenbing Cao, Wei Zheng, Jiale Wu, Hongting Tang, Prof. Xiaoyun Liu, Prof. Xiaozhou Luo, Prof. Tao Liu 北京大學(xué)碩士生畢業(yè)生吳丹、博士后陳曉旭、中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院助理研究員張?jiān)曝S和北京大學(xué)博士生唐志恒為該論文的共同第一作者，北京大學(xué)藥學(xué)院劉濤研究員、中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所羅小舟研究員和北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院劉小云研究員為共同通訊作者。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202205570
