顶刊发文！ 叶慧等发现人类蛋白质组中存在广泛的乳酰化修饰

乳酸化最初是在人类组蛋白上发现的。鉴于它的诞生，它在非组蛋白上的出现和下游功能后果仍然难以捉摸。

2022年6月27日，中国药科大学叶慧，郝海平及南京中医药大学王南溪共同通讯（中国药科大学为第一单位）在Nature Methods（IF=48）在线发表题为“Cyclic immonium ion of lactyllysine reveals widespread lactylation in the human proteome”的研究论文，该研究报告了在串联质谱分析过程中形成的乳酰赖氨酸的环状亚铵离子，这使得蛋白质乳酸化鉴定成为可能。该研究通过亲和丰富的 lactylproteome 分析和非乳酸化光谱库的大规模信息评估验证了该离子对乳酸化的敏感性和特异性。

通过这种基于离子的判断策略，该研究可靠地确定了新的乳酸化，不仅从丰富的 lactylproteome 以及现有的未富集的人类蛋白质组资源中揭示了组蛋白之外的广阔前景。具体来说，通过挖掘公开的人类 Meltome Atlas，该研究发现乳酸化在糖酵解酶上很常见，并且在 ALDOA 上是保守的。该研究还在人体组织蛋白质组草图中发现了 DHRS7 上普遍存在的乳酸化。总之，该研究结果表明，蛋白质乳酸化是一种广泛存在的 PTM，可能严重影响非组蛋白功能，并且现有的蛋白质组数据集是识别人类此类位点的丰富资源。

最后，普渡大学陶纬国等人在Nature Methods 在线发表题为“Uncovering ubiquitous protein lactylation”的述评文章，指出串联质谱法中的诊断片段离子能够可靠地分配蛋白质乳酸化并发现组蛋白之外的广泛赖氨酸乳酸化修饰。

最近在人类组蛋白的赖氨酸残基上发现了乳酸化，一种源自乳酸的翻译后修饰 (PTM)。对该修饰的功能研究将其鉴定为一种表观遗传标记，可驱动巨噬细胞中的 M1-M2 极化，并可在胚胎成纤维细胞重编程为诱导多能干细胞期间激活多能基因表达。

尽管组蛋白乳酸化在不同的生物学环境中具有生理意义，但有趣的问题仍然存在：乳酸化是一种广泛的 PTM，它可以像经典的酰化修饰那样改变人类非组蛋白质组吗？如果是这样，这些蛋白质的修饰程度如何？乳酸化是否会引起靶蛋白的结构和功能变化？由于先前对真菌、原生动物寄生虫和植物物种的乳酸化图谱提供了对潜在广阔的人类乳酸化景观的一瞥，对这些问题的回答将提供关于乳酸化是否以及如何告知不同细胞群中的大量生物事件并参与疾病发展和进展的新观点。

发现 MS/MS 过程中形成的乳酰赖氨酸环状亚铵离子（图源自Nature Methods ）

鉴于缺乏关于乳酸化作为人类细胞和组织中 PTM 的信息，实施简单、可靠的分配策略至关重要。传统上，通过质谱 (MS) 进行 PTM 鉴定的原理是，每次修饰都会产生一个固定的质量偏移，这取决于肽前体和串联 MS (MS/MS) 碎片离子。尽管这种方法是有效的，但光谱匹配的不准确性通常会导致假阳性识别——其比率经常被低估——使得可靠的 PTM 识别成为一个持久的挑战，尤其是在未丰富的蛋白质组数据中。因此，利用特征 MS/MS 离子来验证 PTM 的存在对于处理蛋白质组数据集变得非常宝贵。例如，在糖蛋白质组学分析中，诊断性氧鎓离子表示糖基化并有助于区分聚糖部分。

众所周知的代谢物乳酸对赖氨酸残基的蛋白质修饰在挖掘公共蛋白质组学数据存储库时被证明是广泛的（图源自Nature Methods ）

在磷酸化蛋白质组学中，H3PO4 在 97.98 Da 处的中性损失是磷酸化丝氨酸和苏氨酸的判断依据，而磷酸化酪氨酸通过其 m/z 216.0426 的亚铵离子在更高能量的 C 陷阱解离 (HCD) 碎裂时被精确定位。一致地，赖氨酸乙酰化在 m/z 143.1179 处产生一个乙酰赖氨酸亚铵离子，在 m/z 126.0913 处产生一个仲亚铵离子。除了主要的 PTM 之外，特征离子的判断普遍性还可用于可靠地识别新型或化学计量非常低的 PTM，例如磷酸组氨酸、精氨酸鼠李糖基化、赖氨酸巴豆酰化和羟基庚二酸化。总的来说，这些发现促使研究人员寻找可靠的乳酸化特征离子来筛选现有和未来的数据集。

在这里，该研究报告了在 MS/MS 期间由线性亚铵 (LinIm) 离子产生的乳酰赖氨酸 (Klac) 的环状亚铵 (CycIm) 离子，它准确地指示了赖氨酸乳酸化。在通过分析乳酸化合成肽和蛋白质、富含亲和力的乳酸酰化蛋白质组分析和评估非乳酸化光谱库验证了 CycIm 离子的灵敏度和特异性之后，该研究说明了这种方法在从有价值的、未丰富的蛋白质组数据资源中可靠地挖掘新的乳酸化位点方面的广泛用途。

通过这些分析揭示的乳酸化景观促使研究人员观察某些高度保守的、化学计量上重要的人类必需蛋白质的乳酸化事件的功能。该研究发现乳酸化在糖酵解酶上很常见，并且在 ALDOA 上是保守的。该研究还在人体组织蛋白质组草图中发现了 DHRS7 上普遍存在的乳酸化。总之，该研究结果表明，蛋白质乳酸化是一种广泛存在的 PTM，可能严重影响非组蛋白功能，并且现有的蛋白质组数据集是识别人类此类位点的丰富资源。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41592-022-01523-1

https://www.nature.com/articles/s41592-022-01536-w