来自上海交通大学系统生物医学研究院陶生策团队，联合中国科学院深圳先进研究院戴俊彪团队以蛋白质芯片为载体、以酿酒酵母作为研究对象，结合组蛋白标记特异性抗体，发展了一套简便通用的重要蛋白上游蛋白质调控网络的技术。这项研究成果于 2018年 6 月 5 日在 Molecular & Cellular Proteomics （MCP）上在线发表。
作为生命活动的主要执行者，蛋白质的含量和翻译后修饰的改变都会影响其功能，从而影响生命进程并导致疾病的发生。因此了解细胞内蛋白质如何被调控对于我们理解生命过程意义重大。探索特定蛋白/基因与靶蛋白的关系通常采用基因扰动的方法改变基因的表达水平，检测其对靶蛋白的含量和/或翻译后修饰水平的影响，从而获得该蛋白/基因对靶蛋白的调控关系。
组蛋白是细胞内最重要的蛋白质类型之一，是核小体的重要组成部分，而核小体是染色体的构成单位。组蛋白能够被多种小分子基团，如甲基和乙酰基，进行修饰，从而改变其与DNA和其他蛋白质的相互作用，影响基因的转录激活，参与多种细胞生命活动，如细胞分化、细胞凋亡和X染色体失活等。目前已经发现的组蛋白修饰类型已达21种，而特定位点的特定修饰，即组蛋白标记（histone mark）种类已有500多种。对于这些组蛋白标记在体内是怎样被精确调控却知之甚少。
在本研究中，研究人员以酿酒酵母非必需基因敲除库和必需基因的温度敏感突变库的细胞裂解液为样本，构建了一张包含5,159个单基因敲除/突变菌株的细胞裂解液芯片，覆盖82%的酵母基因组。为了验证该芯片可以应用于组蛋白标记的调控蛋白的全局性发现研究，研究人员以两个研究得较为清楚的组蛋白标记H3K4三甲基化和H3K36三甲基化为例，通过简单的芯片实验找到了80%以上的已知调控蛋白。随后，通过H4K16乙酰化抗体的芯片实验，找到了两个调控蛋白Cab4p 和 Cab5p。它们参与 CoA 的合成，分别催化CoA合成通路中的最后两步。进一步的研究发现这两个蛋白对多种酰化都有全局性影响，包括 H3K56 和 H4K8 位的乙酰化、H4K12 位的丙酰化、H3K9 位的丁酰化、H3K14 和 H4K12 位的巴豆酰化以及 H4K16 位的 β-羟基丁酰化等。质谱结果进一步确认了组蛋白酰化修饰水平的降低是与胞内 CoA 及酰化 CoA 含量的降低相关。同时，通过三个芯片实验建立了三个组蛋白标记的上游调控蛋白网络，结合已有的表达谱数据，获得了三张以组蛋白标记为中心的上下游蛋白调控关系网络。
综上所述，本研究开发了一套全局性发现组蛋白标记调控蛋白的细胞裂解液芯片技术（Cell Lysate mICroarray on Kilo-conditions，CLICK），该方法能够从基因组水平对影响组蛋白标记的蛋白进行全局性发现。同时，该方法也具有普适性，并不仅仅局限于组蛋白标记领域，还适用于寻找任意酿酒酵母蛋白翻译后修饰的调控蛋白，并且该方法的指导思想也同样适用于其它物种的重要蛋白及翻译后修饰调控蛋白的发现。
上海交通大学系统生物医学研究院陶生策研究员与中科院深圳先进研究院戴俊彪研究员为本文通讯作者。陶生策团队博士生程莉为本文第一作者。陶生策研究员的主要研究方向为蛋白质芯片技术的开发和应用，建立了系列特色蛋白质芯片技术平台，并在其基础上开展了与医学密切相关的系统性研究。
该项研究得到了十三五蛋白质机器与生命过程调控重点专项、国家“十二五”传染病重大专项以及国家自然科学基金等资助。
Cell Lysate Microarray for Mapping the Network of Genetic Regulators for Histone Marks
Abstract
Proteins, as the major executer for cell progresses and functions, its abundance and the level of post-translational modifications, are tightly monitored by regulators. Genetic perturbation could help us to understand the relationships between genes and protein functions. Herein, to explore the impact of the genome-wide interruption on certain protein, we developed a cell lysate microarray on kilo-conditions (CLICK) with 4,837 knockout (YKO) and 322 temperature-sensitive (ts) mutant strains of yeast (Saccharomyces cerevisiae). Taking histone marks as examples, a general workflow was established for the global identification of upstream regulators. Through a single CLICK array test, we obtained a series of regulators for H3K4me3, which covers most of the known regulators in S.accharomyces. We also noted that several group of proteins that are involved in negatively regulation of H3K4me3. Further, we discovered that Cab4p and Cab5p, two key enzymes of CoA biosynthesis, play central roles in histone acylation. Because of its general applicability, CLICK array could be easily adopted to rapid and global identification of upstream protein/enzyme(s) that regulate/modify the level of a protein or the posttranslational modification of a non-histone protein.
全文链接：http://www.mcponline.org/content/early/2018/06/05/mcp.RA117.000550.abstract
作者：程莉
