发现组蛋白乳酸化修饰为什么可以发表在nature上？

风云

是跟调控炎症有关吗？重要意义在哪？

原文地址：https://www.zhihu.com/question/482710907

感恩由您

2024年7月4日，Samuel Beck, Andrea Mattevi & Philip A. Cole课题组在Nature Chemical Biology发表题为《Uncoupling histone modification crosstalk by engineering lysine demethylase LSD1》的文献。




在表观遗传酶调控中，经常观察到两种或多种组蛋白修饰之间的生化串扰，但其在细胞中的功能意义却尚不清楚。先前的酶学研究表明，组蛋白H3 Lys14 乙酰化可以抑制赖氨酸特异性去甲基酶 1 (LSD1) 的 Lys4 去甲基化。在本研究中，作者设计了一种 LSD1 突变形式 Y391K，这使得 LSD1 的核小体去甲基化酶活性对 Lys14 乙酰化不敏感。将 Y391K 基因CRISPR 敲入的 K562 细胞显示，与细胞粘附和髓系白细胞活化相关的一组基因的表达降低。染色质分析显示，这些沉默基因的顺式调控区表现出更高水平的组蛋白 H3 的 Lys14 乙酰化，而编辑后的K562 细胞表现出组蛋白 H3 单甲基 Lys4 减少，这与 LSD1 去甲基化酶活性增强一致。这些发现阐明了切断组蛋白修饰串扰对关键表观遗传酶的功能影响。
结果&讨论
本研究确定了一个 LSD1突变体，Y391K，通过改变H3K14ac在核小体上的靶点H3K4me的去甲基酶活性，从而消除H3K14ac的负催化作用。Y391K在LSD1中的结构涉及一系列构象调整，通过在Y391附近的CoREST1的局部构象变化使得组蛋白H3尾部处于类似于野生型酶中未乙酰化尾部的状态。通过基因编辑辨识Y391K在细胞中的功能影响，并表明Y391K LSD1敲入等位基因沉默了一组与细胞粘附和髓系白细胞活化相关的基因。通过CUT&RUN分析，揭示了富含H3K14ac的沉默基因的启动子、基因内和远端区域中H3K4me1水平的降低。此研究结果显示LSD1通过塑造和响应H3尾部的组蛋白标记串扰来调节基因表达的微妙平衡。此研究还揭示了LC可能在细胞中作为LSD1的主要核小体脱去甲基化酶形式，而LHC主要作为SNAG结构域转录因子招募的组蛋白去乙酰化酶。另外，LHC亚基或其他蛋白质相互作用物（如BHC80）上的PTM可能会影响LC复合物的稳定性。


实验所用的imatinib (BCR-ABL inhibitor，CAS：152459-95-5)来源于AmBeed品牌
本文第一作者为Kwangwoon Lee
Nature Chemical Biology（IF=12.9）
DOI: 10.1038/s41589-024-01671-9

清风寡欲

说起这个，小景可是太有发言权了：
乳酸 (Lactate) 是细胞糖酵解途径重要的含碳代谢产物，长期以来，它一直被视为一种单纯的细胞能源物质和代谢产物， 人们并没有认识到其在生物学功能中的重要调控作用。直至 2019 年，芝加哥大学赵英明教授在国际顶级学术期刊 Nature 上在线发表了题为“Metabolic regulation of gene  expression by histone lactylation”的研究成果，发现了代谢过程中积累的乳酸可以作为前体物质导致组蛋白赖氨酸发生乳酸化修饰，并报道了该修饰的重要功能，这一重磅结果拓宽了代谢调控的边界 , 引发了乳酸化研究的热潮。
1. 这项研究究竟揭示了什么呢？

• 【乳酸化修饰的鉴定和验证】：研究者通过质谱技术在 MCF7 核心组蛋白水解肽段上鉴定到乳酸化修饰这种全新的表观遗传调控方式，利用乳酸 化修饰泛抗体（景杰生物，Pan anti-Kla（PTM-1401）进行实验在 MCF-7 和 BMDMs 细胞中分别鉴定到 26 和 16 个组蛋白乳酸化修饰位点。并通过同位素代谢标记技术及多种体内外实验，验证了乳酸化修饰广泛存在。
  

图1 乳酸化修饰的鉴定与验证

• 【组蛋白乳酸化修饰来自糖酵解通路】：接下来，研究初步揭示了乳酸化修饰的生化调控模型，p300催化乳酸基团从lactyl-CoA转移到组蛋白上，内源糖酵解通路生成的乳酸是组蛋白乳酸化修饰调控的关键因子。
  

图2 组蛋白乳酸化修饰来自糖酵解通路

• 【乳酸化修饰生理病理功能】：进一步研究探究乳酸化修饰的潜在生理病理功能： M1 巨噬细胞极化后期，组蛋白乳酸化修饰增多，促进参与损伤修复过程稳态基因的表达。同时研究者提出了 “lactate timer”这个全新的工作模型，即组蛋白乳酸化修饰与稳态基因、炎症相关基因表达的动态调控。
  

图3 乳酸化修饰生理病理功能模式图

点击链接可详细阅读：Nature重大突破：全新组蛋白乳酸化修饰调控癌症和炎症等疾病
2. 该研究的发表有什么重要意义？

2019年的诺贝尔生理学或医学奖授予了三位在“细胞如何感知和适应氧气供应”方面取得突出贡献的三位科学家，这是因为氧气的感知和能量的代谢广泛参与各类生理病理过程。例如肿瘤中有其特殊的能量代谢特征，被称为温伯格效应（Warburg effect），具体表现为即便在有氧条件下也会倾向于采用糖酵解的方式获取能量并出现乳酸的大量聚集。但长期以来，这种积累的乳酸一直被视为一种单纯的细胞能源物质和代谢产物，并没有认识到其在生物学功能中的重要调控作用。而本篇论文发现，代谢过程中积累的乳酸可以作为前体物质导致组蛋白赖氨酸发生乳酸化修饰，并参与细菌感染的M1巨噬细胞的稳态调控。该研究不仅为蛋白质的翻译后修饰研究开辟新的领域，也为代谢产物乳酸在肿瘤、免疫等领域参与的研究指引了新方向。
3. “蛋白雕塑的艺术家”—乳酸与乳酸化修饰

自2019年芝加哥大学赵英明教授课题组在Nature正刊报道发现代谢过程中积累的乳酸可以作为前体物质导致组蛋白赖氨酸发生乳酸化修饰以来，关于乳酸化修饰对于各种生理过程调控的研究也如雨后春笋般涌现，使人们对乳酸的功能有了崭新的理解。
2023年，中国科学院广州生物医药与健康研究院刘兴国研究员团队以Science Bulletin封面文章的形式，发表了题为“Lactate and protein lactylation: the ugly duckling of energy as the sculpture artist of proteins”的展望文章，并对于乳酸及乳酸化这样题词（见下图），足以预见乳酸化修饰发现的里程碑式作用及未来巨大的研究价值潜力：



图4 刘兴国研究员对乳酸/乳酸化修饰的题词

鉴于能量代谢“丑小鸭”–乳酸到“蛋白雕塑的艺术家”–蛋白乳酸化修饰的华丽转变，该展望首先回顾了乳酸到蛋白乳酸化的研究历程，用三个重要的里程碑事件进行描述，分别是“Warburg effect”、“乳酸穿梭理论”及组蛋白乳酸化修饰的发现。同时，作者还讨论了不同的里程碑事件对于乳酸研究及科学界的促进作用。文章分析了乳酸化修饰在不同的生理和病理中的重要作用以及组蛋白乳酸化修饰和非组蛋白乳酸化修饰发挥作用的不同机理，提出了乳酸化修饰在个体生理和病理转变中的潜在重要作用，将乳酸化修饰的作用与中国的传统哲学思想“太极阴阳理论”相融合。



图5蛋白乳酸化修饰在生理病理中的作用如同“太极阴阳”互转

基于蛋白乳酸化修饰在多种物种中存在、在低等或高等物种中均存在、在不同物种中参与的信号通路保守这三个特征，文章还进一步分析并提出乳酸化修饰在地球上的物种进化过程中非常保守这一观点，讨论了乳酸化修饰在物种之间如何交流以及是否会促进物种进化这一问题。



图6 蛋白乳酸化修饰在地球物种进化中保守

此外，该展望文章还总结了当前所有的乳酸化修饰鉴定方法及其优势，并认为这些方法的优势互补将是未来乳酸化修饰的研究方向。最后，该文章对乳酸化修饰的作用在其他的生理和病理过程及物种进化过程中的作用进行了展望，并提出了乳酸化修饰研究领域亟待解决的一些科学问题，包括乳酸化修饰的酶类研究、乳酸化修饰和其他修饰之间如何交流等问题。
长期以来，乳酸被认为是一种无用的代谢产物，甚至是一种导致肌肉酸痛和酸中毒的毒药。而乳酸化修饰的发现将乳酸的研究提升到一个新的高度，而这一点犹如化蛹成蝶的蝴蝶美丽惊天，仿佛化鲲为鹏的大鹏翱翔九天。乳酸化修饰的发现将揭开乳酸作用研究的新篇章，为乳酸的功能研究带来新的视角。
4. “蛋白雕塑的艺术家”—乳酸与乳酸化修饰近期研究成果回顾

乳酸化修饰一经发现，迅速引起了科学界的广泛关注，大家孜孜不倦、锲而不舍，在各大国际权威期刊发表了众多原创性、突破性的成果，终于对乳酸及乳酸化修饰的功能及调控作用有所理解及深入。这里需要说明的是，乳酸化修饰在众多研究领域仍有很多带揭开的谜团，机制探究和生理病理功能仍有巨大研究空间，后续的研究仍需继往开来，更上一层楼。接下来，小景带大家来回顾一些乳酸化修饰的重要研究成果，大家可点击链接详细阅读：
（1）乳酸化修饰+癌症进展：Cell | 苏州大学周芳芳：AARS1介导p53乳酸化促进肿瘤发生新机制；“乳”此重要，Cell揭秘：乳酸化修饰调控同源重组修复新机制，并桥联癌细胞代谢；Immunity | 组蛋白乳酸化促进肿瘤免疫逃逸；J Hepatol | 陶开山/贾林涛揭示乳酸化修饰介导肝内胆管癌发生新机制；Nat Commun | 乳酸化介导m6A修饰，揭示调控胃癌铜死亡新机制；“噬”说新语 | Autophagy二连发，乳酸化修饰桥联细胞自噬与肿瘤代谢；Mol Cell | 浙大医学院王青青/来利华/丁克峰团队揭示乳酸化调控RNA m⁶A修饰促进肿瘤的免疫抑制；PNAS | KAT8介导乳酸化修饰调控结直肠癌发生发展。
（2）乳酸化修饰+耐药机制：Drug Resist Update | 组蛋白乳酸化修饰驱动膀胱癌顺铂耐药的机制研究；Adv Sci | 组蛋白乳酸化修饰在GBM TMZ耐药中的作用机制研究。
（3）乳酸化修饰+神经系统疾病：STTT | 华中大王建枝/杨莹团队揭示IDH3β-乳酸化修饰加速AD进程新机制；Cell Metab | 袁增强/孙露洋团队联合揭示组蛋白乳酸化驱动阿尔茨海默症发生；Nature子刊 | 哈佛医学院构建首个组蛋白乳酸化介导的神经发育基因调控网络。
（4）乳酸化修饰+其他疾病形成机制：​Circ Res | 孤儿核受体NR4A3通过组蛋白乳酸化促进血管钙化；肌肉酸痛竟有神奇功效！Cell Res | 揭秘蛋白乳酸化预防过度运动损伤；Cell Res | 乳酸化修饰组学揭示心力衰竭新机制及潜在治疗靶点；Circ Res | 哈尔滨医科大学张毛毛团队揭示乳酸化修饰调控心梗后修复机制；高糖饮食易致近视！Cell Metab | 温州医科大学揭示巩膜乳酸化修饰介导近视形成；Sci Adv | 乳酸化修饰+CUT&Tag联合揭示自身免疫性葡萄膜炎发病机制；Genome Biology重磅！乳酸化修饰组学揭示视网膜血管生成新机制。
（5）乳酸化修饰+植物：突破！首次发现玉米中存在乳酸化修饰及其干旱胁迫响应功能；JAFC | 沈阳农大首次发表水稻谷粒中乳酸化修饰图谱。
（6）乳酸化修饰+细胞生物学：Nature | 乳酸调控关键蛋白SUMO化修饰以控制细胞周期和增殖；“噬”说新语 | Autophagy二连发，乳酸化修饰桥联细胞自噬与肿瘤代谢；Sci Adv | 华东理工大学团队报道Vps34乳酸化修饰调控细胞自噬。

继续前进

喜报：易基因组蛋白ChIP-seq研究成果见刊《Cell Reports》
2023年02月10日，沈阳农业大学植物保护学院博士研究生姚亚林为第一作者、栾军波教授为论文通讯作者在《Cell Reports》杂志以“A bacteriocyte symbiont determines whitefly sex ratio by regulating mitochondrial function”为题发表研究论文。该研究通过ChIP-seq等实验揭示了烟粉虱（whitefly Bemisia tabaci）含菌细胞共生菌Hamiltonella通过调控卵巢线粒体功能决定后代性比的共生菌调控宿主生殖的表遗传机制。深圳易基因科技为本研究提供ChIP-seq测序分析服务。


标题：A bacteriocyte symbiont determines whitefly sex ratio by regulating mitochondrial function 烟粉虱含菌细胞共生菌Hamiltonella通过调控卵巢线粒体功能决定后代性比
时间：2023-02-10
期刊：Cell Reports
影响因子：IF 9.995
技术平台：ChIP-seq等


摘要：
共生菌影响宿主繁殖，但潜在的分子机制尚不清楚。本研究发现烟粉虱含菌细胞共生菌Hamiltonella合成的叶酸通过介导组蛋白甲基化修饰调控烟粉虱卵巢线粒体功能，从而影响烟粉虱受精和后代性比，而叶酸补充会恢复后代性比。Hamiltonella缺失或基因沉默使组蛋白H3赖氨酸9三甲基化（H3K9me3）水平发生变化，其通过叶酸补充而恢复。H3K9me3的全基因组染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）分析表明共生菌缺失导致烟粉虱中的线粒体功能受抑制。Hamiltonella缺失影响了烟粉虱卵巢的线粒体质量，抑制卵巢线粒体功能导致白色性比例异常。这些发现表明，共生菌衍生的叶酸调控宿主组蛋白甲基化修饰，从而影响卵巢线粒体功能，最终决定宿主性比。研究解析了共生菌——线粒体互作在调控宿主性比中的重要作用，揭示了共生菌调控宿主生殖的新机制。研究成果拓展了对宿主与共生菌互作机制的理解，为粉虱的精准防控提供了新靶标。


图形摘要：烟粉虱含菌细胞共生菌Hamiltonella通过调控卵巢线粒体功能决定后代性比
要点：

• 通过消除含菌细胞共生菌而导致的叶酸缺失会改变烟粉虱的后代性比
  
• 共生菌缺失激活组蛋白甲基化修饰H3K9me3水平
  
• H3K9me3修饰影响烟粉虱卵巢线粒体功能
  
• 抑制卵巢线粒体功能抑制受精，影响宿主后代性比
  

材料和方法：
关键结果：
（1）Hamiltonella缺失影响粉虱中的组蛋白H3甲基化谱，叶酸调控H3K9me3修饰
叶酸是将半胱氨酸甲基化为Met反应中的甲基供体，然后产生的Met转化为组蛋白甲基化所需的SAM。因此叶酸可能会影响烟粉虱中的组蛋白甲基化。为了研究这一点，作者通过用抗生素混合物处理烟粉虱成虫，特异性消除Hamiltonella，并使用western blot比较了感染Hamiltonellas的烟粉虱和Hamiltonella缺失烟粉虱之间甲基化组蛋白H3赖氨酸位点的丰度，即H3K4me1-3、H3K9me1-3、H1K27me1-3、H3K36me1-3和H3K79me1-3。在组蛋白3赖氨酸甲基化标记物中，与+HBt烟粉虱相比，H3K9me3、H3K36me3和H3K79me2在-HBt烟粉虱中具有显著诱导的水平（图1A）。H3K36me3为果蝇剂量补偿X染色体上H4K16高乙酰化所必需。而H3K79me2在昆虫中的功能尚不清楚。尽管不能排除H3K36me3和H3K79me2可能在烟粉虱中发挥意想不到的作用，但这些标记的功能可能与烟粉虱繁殖无关。H3K9me3影响受精后的基因转录、胚胎发育和细胞命运。因此本研究中关注H3K9me3。为验证叶酸在烟粉虱H3K9me3水平变化中的作用，将+HBt和–HBt成体烟粉虱以及注射dsGFP和dsphoAB的烟粉虱以含叶酸的人工饲料喂养。叶酸的补充使–HBt烟粉虱中H3K9me3的水平恢复到+HBt烟粉虱中的水平，且补充叶酸不会改变+HBt烟粉虱中H3K9me3水平与+HBt烟粉虱中的水平（图1B）。同样补充叶酸使注射dsphoAB烟粉虱体内H3K9me3水平恢复至注射dsGFP烟粉虱中的水平；注射dsGFP烟粉虱相比，补充叶酸不会改变注射dsGFP烟粉虱中的H3K9me3水平（图1C）。这些数据表明，叶酸负责调控烟粉虱中的H3K9me3信号。


图1：Hamiltonella缺失对烟粉虱组蛋白甲基化的影响
为鉴定与H3K9me3相关的基因，使用H3K9me3抗体进行染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq），85.3%–88.1%的clean后reads被比对到烟粉虱MEAM1基因组。Calling peaks后共鉴定出20603个peaks，平均长度为429.7个碱基对（bp）。其中10.9%peaks位于基因的外显子区域，7.3%peaks位于基因的UTR，55.7%peaks位于基因的内含子区域，26.1%peaks位于基因的下游和远端基因间区域内。与+HBt烟粉虱相比，-HBt烟粉虱中共有9722个peaks显著上调，而10881个peaks显著下调。进一步发现与+HBt烟粉虱相比，-HBt烟粉虱中3145和3399个基因分别与H3K9me3 peaks显著上调和下调相关。KEGG通路富集分析显示，与+HBt烟粉虱相比，-HBt烟粉虱中与差异H3K9me3 peaks相关的基因富集了五个通路（24个基因）（图1D）。在五种富集的KEGG通路中，cAMP信号通路和AMPK信号通路（包括11种基因；图1D）调控线粒体功能的各个方面。这些数据表明Hamiltonella可能影响粉虱的线粒体功能。线粒体功能包括呼吸和ATP生成、线粒体动力学（融合、分裂、线粒体自噬和分布）等。与Hamiltonella感染的烟粉虱相比，Hamiltonella缺失烟粉虱中与H3K9me3相关的32个基因参与线粒体功能。H3K9me3的ChIP-seq分析表明Hamiltonella缺失导致烟粉虱中的线粒体功能障碍。烟粉虱是单倍体昆虫；受精卵产生雌性成虫，未受精卵发育成雄性成虫。由于雄性的Hamiltonella状态对后代性比没有显著影响，而Hamiltonella缺失会降低烟粉虱的受精率，因此Hamiltonella缺失可能通过影响粉虱卵巢线粒体功能来抑制卵子受精。


表1：+HBt和-HBt烟粉虱H3K9me3 ChIP-seq的质控统计


表2：+HBt和-HBt烟粉虱H3K9me3 ChIP seq峰值统计


表3：+HBt和-HBt烟粉虱H3K9me3 ChIP seq峰值分布统计

（2）Hamiltonella缺失导致粉虱卵巢线粒体功能障碍


图2：Hamiltonella缺失导致粉虱卵巢线粒体功能障碍

（3）补充叶酸会恢复Hamiltonella缺失烟粉虱卵巢的线粒体功能


图3：补充叶酸可恢复烟粉虱卵巢线粒体功能

（4）Mfn2沉默抑制烟粉虱卵巢线粒体功能、抑制受精并降低雌性后代的百分比


关于染色质免疫共沉淀测序 (ChIP-seq)
染色质免疫共沉淀（Chromatin Immunoprecipitation,ChIP），是研究体内蛋白质与DNA相互作用的经典方法。将ChIP与高通量测序技术相结合的ChIP-Seq技术，可在全基因组范围对特定蛋白的DNA结合位点进行高效而准确的筛选与鉴定，为研究的深入开展打下基础。
DNA与蛋白质的相互作用与基因的转录、染色质的空间构型和构象密切相关。运用组蛋白特定修饰的特异性抗体或DNA结合蛋白或转录因子特异性抗体富集与其结合的DNA片段，并进行纯化和文库构建，然后进行高通量测序，通过将获得的数据与参考基因组精确比对，研究人员可获得全基因组范围内某种修饰类型的特定组蛋白或转录因子与基因组DNA序列之间的关系，也可对多个样品进行差异比较。
应用方向：
ChIP 用来在空间上和时间上不同蛋白沿基因或基因组定位

• 转录因子和辅因子结合作用
  
• 复制因子和 DNA 修复蛋白
  
• 组蛋白修饰和变异组蛋白
  

技术优势：

• 物种范围广：细胞、动物组织、植物组织、细菌微生物多物种富集经验；
  
• 微量建库：只需5ng以上免疫沉淀后的DNA，即可展开测序分析；
  
• 方案灵活：根据不同的项目需求，选择不同的组蛋白修饰特异性抗体。
  

技术路线：


有ChIP-seq测序或组学研究需要的老师可联系易基因：0755-28317900.

参考文献：
Yao YL, Ma XY, Wang TY, Yan JY, Chen NF, Hong JS, Liu BQ, Xu ZQ, Zhang N, Lv C, Sun X, Luan JB. A bacteriocyte symbiont determines whitefly sex ratio by regulating mitochondrial function. Cell Rep. 2023 Feb 10;42(2):112102.

队长是我

不经意间，时光匆匆，酸甜苦辣又一年。小伙伴们，年初立的flag都完成了吗？不管咋样，小编的文献是按时按量的提供给大伙了~~
既然到新的一年了，那咱们就来解说个不寻常的方向—乳酸化。


啥是乳酸化？乳酸化又和各类疾病有什么关系呢？
乳酸化修饰（Lactylation）是指在细胞代谢过程中，乳酸的积累修饰组蛋白上的赖氨酸残基。作为一种蛋白翻译后的修饰类型，在肿瘤发生、败血症和免疫疾病发生中发挥重要的作用。有研究证实，乳酸化修饰是乳酸发挥功能的重要方式，参与糖酵解相关细胞功能、巨噬细胞极化、血管功能、线粒体、神经系统调控等重要生命活动，可为肿瘤、免疫等领域的研究指引新方向。
本期为大家提供三篇文献，今天给大家带来的是1篇相对分值不高的文章，先体验一下套路框架，月中和月底会带大家深度挖掘一下乳酸化的研究形式。
感兴趣的小伙伴记得点赞、收藏、关注哦~~



细品文献前我们先来看看乳酸化现在的研究行情吧~
从pubmed数据来看，乳酸化从2013年才有文章上线。每年上线的文章总体呈现上升趋势，但到去年也就只有67篇。


既然上线的文章不多，那国自立项情况如何呢？项目的数量和资助的金额总体也是上升的。


总的来说，如果对表观遗传、RBP等大热的机制不感兴趣了，可以尝试乳酸化换个新口味。
说了那么多，乳酸化怎么研究呢？接下来就奔主题，先看看低分文章如何研究乳酸化的吧... ...
文献题目是：
Lactate-induced lactylation inskeletal muscle is associated with insulin resistance in humans.
今年8月刚热乎乎的发表在 Front Physiol杂志上（IF=4.755）。

Figure 1 人类骨骼肌乳酸化与肥胖和胰岛素敏感性的相关性
作者发现了一种趋势：肥胖个体的骨骼肌乳酸化水平高于瘦个体（13%，p = 0.09）。通过性别进一步分析乳酸化水平时发现，肥胖女性的骨骼肌乳酸化水平亦高于瘦的女性（19%，p < 0.05，图1A-1B）。同时，在所有个体中，空腹骨骼肌乳酸化与空腹血浆乳酸水平呈正相关（r = 0.47，p < 0.05，图1C）。Matsuda指数测量发现，胰岛素敏感性和肌肉的乳酸化水平呈负相关（r = -0.37，p < 0.05，图1D）。




Figure 2 人骨骼肌乳酸化与骨骼肌氧化代谢标志物呈负相关
相关性分析发现，骨骼肌乳酸化水平与骨骼肌乳酸脱氢酶（LDH）呈正相关（r = 0.46，p < 0.05，图2A）、与线粒体标记物COXIV呈负相关（r = -0.45，p < 0.05，图2B）。免疫印迹检测实验发现，肥胖者LDH-A高于体型偏瘦的，但是COXIV的表达高于体型偏瘦的（图 3B）。在对一些个体单独研究发现，与丙酮酸相关的复合物I在通透性肌纤维中的氧化磷酸化水平（OXPHOS）与骨骼肌乳酸化呈负相关（r = -0.71，p < 0.05，n = 8，图2D）。



Figure 3 乳酸诱导原代人骨骼肌细胞中IRS-1丝氨酸磷酸化
来看看细胞水平的实验结果：用不同浓度的乳酸处理HSKMC细胞24小时后，IRS-1蛋白636位丝氨酸上的磷酸化水平以剂量依赖的方式增加（p < 0.05，图3A）。在低糖（5.6 nM）和高糖（20 nM）培养基干预下，尽管HSkMC细胞中IRS-1总蛋白含量升高（约50%，p < 0.05，图3B），但LDH-A表达降低（约55%，p < 0.05），IRS-1蛋白 636位丝氨酸磷酸化水平降低（约48%，p < 0.01，图3B）。




Figure 4 乳酸诱导原代人类骨骼肌细胞中发生乳酸化
用乳酸处理原代HSkMC细胞24小时后，蛋白乳酸化以剂量依赖的方式增加（p < 0.005，图4）。为了确定内源性乳酸生成对骨骼肌乳酸化的影响，将HSkMC细胞给予增加浓度的葡萄糖、糖酵解化学抑制剂和LDH siRNA干预（图5A）。结果显示，肌管暴露增加（20 vs. 5.6 mM），高糖干预24小时后，乳酸积累增加（p < 0.05，图5B，D）、细胞乳酸化增加（约20%，P< 0.05，图6 A-C）。
接下来用2-DG（一种葡萄糖类似物，可以竞争性地抑制葡萄糖-6-磷酸的产生）对HSkMC细胞处理24小时，结果发现培养基上清液中的乳酸浓度降低（p < 0.05，图5B），同时以剂量依赖的方式降低了骨骼肌细胞乳酸化程度（p < 0.01，图6A）。
LDH-A化学抑制剂肟酸钠处理HSkMC细胞24h后，培养物中的乳酸浓度降低（约44%，p < 0.05，图5C）、细胞乳酸化程度降低（约18%，p < 0.05，图6B）。
最后，HSkMC细胞分别给予低和高浓度葡萄糖培养基培养，同时用LDH siRNA（LDH-A蛋白含量降低55%）干预，同样发现培养基中乳酸浓度降低（约36%，p < 0.05，图5D）、细胞乳酸化程度降低（约15%，p < 0.05，图6C）。








到此，一篇低分乳酸化的文章解读完毕，是不是很简单？
文章的思路不复杂，先是大数据的分析发现骨骼肌乳酸化与肥胖/胰岛素抵抗相关，然后分析骨骼肌乳酸化与氧化代谢产物的相关性。两次的相关性分析证实了猜想后，接下来就是细胞水平做验证。细胞实验的设置也比较简单，先找乳酸化位点，再通过不同的干预方式，确认位点的正确性。
文章通篇都在讲乳酸化，思路虽简单，但是与骨骼肌相关的临床实验数据获取难度较大。但体外实验数据就相对比较简单，培养基中乳酸浓度测定采用乳酸分析仪即可，细胞乳酸化程度主要是采用WB的方法检测乳酸化泛抗体pan-kla的表达。




好啦，关于乳酸化的低分文献解读就到这里啦，月中和月底分别将会有一篇中高分和一篇高分文章解读哟。
如果你感兴趣的话，就戳个关注吧~
我们下一篇不见不散~
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卡卡

细胞代谢为所有生命过程提供能量和材料来源，肿瘤细胞的一个重要特征是重度依赖糖酵解产生大量乳酸，被称为“瓦伯格效应 ”(Warburg effect)，此现象于1924被德国科学家Otto. Warburg首次提出。瓦伯格效应不但在肿瘤中存在，在免疫细胞激活，细胞重编程等过程中也广泛存在。

2019年10月24日，芝加哥大学赵英明教授课题组（共同一作为Di Zhang和Zhanyun Tang）在Nature杂志发表了题为“Metabolic regulation of gene expression by histone lactylation”的研究，首次报道了乳酸作为组蛋白翻译后的一种修饰，发挥着基因转录调控的功能。这项最新发现成为该领域的最新突破，不仅帮助人们对乳酸的功能有了崭新的理解，而且将促使医学生物学者们重新审视“瓦伯格效应”这个肿瘤研究中的经典机制。
研究者运用质谱，液相色谱，同位素标记，以及免疫学等多种手段鉴定并验证了在人和小鼠的细胞中，组蛋白赖氨酸上的乳酸化修饰广泛存在。乳酸化修饰来源于细胞葡萄糖代谢产生的乳酸，并受到糖酵解和线粒体氧化代谢的调控；运用同位素葡萄糖代谢标记，研究者发现组蛋白的乳酸化修饰和被广泛研究的乙酰化修饰有着不同的动力学，乳酸化标记到组蛋白的时间相对更晚，提示两种修饰可能有不同的功能。
研究者在体外用脂多糖和干扰素γ（LPS+IFNγ）刺激小鼠骨髓来源的巨噬细胞（Bone-marrow derivedmacrophages,BMDMs）来模拟格兰阴性菌感染，发现巨噬细胞在刺激16-24小时的时候产生大量的乳酸并且诱导组蛋白乳酸化修饰；而同一时刻组蛋白乙酰化水平下降。运用ChIP-seq和RNA-seq手段，研究者发现24小时被诱导的组蛋白乳酸化而非乙酰化与炎症晚期激活的促进细胞稳态的基因表达呈正相关（比如Arg1和伤口愈合通路）。三种格兰阴性细菌感染的巨噬细胞同样佐证了组蛋白乳酸化修饰和这些基因表达的相关性。
乳酸脱氢酶（Ldha）是糖酵解中最后一步将葡萄糖来源的丙酮酸转化成乳酸的限速酶。Ldha-floxed小鼠和LysM-Cre小鼠杂交可以得到髓系细胞中敲除Ldha的小鼠（LdhaΔLysM）。研究者发现LdhaΔLysM BMDMs和Ldhafl/fl BMDMs相比，体外LPS+IFNγ 刺激诱导的Arg1基因表达明显受到抑制，而且启动子区的乳酸化修饰降低，而炎症早期表达的细胞因子不受影响。给Ldha正常表达的BMDMs在LPS+IFNγ刺激诱导的同时加入Ldha抑制剂或者其他抑制乳酸生成的小分子得到了相同的结论。反过来，研究者在LPS+IFNγ刺激诱导的同时加入乳酸来增加BMDM细胞内乳酸化修饰的水平，则可以进一步增强Arg1基因的表达而不是早期炎症因子的表达。为进一步探究组蛋白乳酸化修饰对转录调控的直接作用，研究者应用体外重组染色质为底物的体外转录系统，直接证明了组蛋白乳酸化修饰激活基因转录。
近十年来，芝加哥大学的赵英明课题组致力于表观遗传学新修饰的发现和功能研究，比如巴豆酸、琥珀酸、酮体等代谢通路来源的组蛋白修饰为揭示细胞代谢如何调控基因转录提供了新的视角，对相关研究的评述于2017年发表在Nature reviews molecular and biology上。来自其他研究组的越来越多的研究也表明细胞代谢，表观遗传以及基因转录之间有密切联系，比如糖脂代谢来源的组蛋白乙酰化调控肿瘤生长，组蛋白以及DNA的甲基化受到S-腺苷甲硫氨酸和a-酮戊二酸代谢影响从而调控干细胞分化和发育过程，组蛋白糖化后修饰对于染色质结构以及相关疾病具有潜在的调控作用（详见BioArt报道：郑庆飞博士等揭示组蛋白糖化翻译后修饰对于染色质结构的影响及其在疾病中潜在的调控作用）。免疫系统中存在促进炎症的琥珀酸（succinate）修饰及抑制炎症的衣康酸（itaconate）修饰（Nat Chem Biol | 北大王初/陈兴合作利用半胱氨酸糖基化揭示衣康酸对糖酵解的调控作用）。乳酸修饰在参与肿瘤和免疫的调节中可能发挥着独特的作用。在本项研究中，作者发现B16黑色素瘤和LLC1肺癌相关的巨噬细胞中促进肿瘤的Arg1和vegfa的高表达与组蛋白乳酸修饰成正相关，而与乙酰化没有关联。而在细菌感染的免疫模型中，巨噬细胞的组蛋白乳酸化修饰在免疫炎症晚期起到促进恢复稳态的功能。考虑到乳酸代谢在众多正常生理以及病理过程中广泛的被调节并发挥重要作用，新发现的组蛋白乳酸修饰可能为更广泛的研究提供一种新的思路和分子机制。
据悉，该工作由赵英明课题组和芝加哥大学Lev Becker教授，Howard Shuman教授，加州大学圣地亚哥分校的任兵教授，佐治亚大学的Y. George Zheng教授，中国四川大学戴伦治教授，上海药物所黄河研究员以及洛克菲勒大学的Robert. G. Roeder教授共同完成
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