蛋白质巴豆酰化修饰（Kcr）是由芝加哥大学赵英明教授团队于2011年首次发现的。由于其重要的研究意义，该项工作更是被评为Cell的“年度五大突破性进展”之一。2024年9月4日，青岛大学转化医学研究所王昆教授、哈尔滨医科大学第二附属医院田进伟教授、青岛大学附属医院杨苏民教授和国家卫生健康委生育调控技术重点实验室副主任张美华研究员在Circulation Research（IF=16.5）上发表了题为“Crotonylation of NAE1 Modulates Cardiac Hypertrophy via Gelsolin Neddylation”的研究论文。该研究通过巴豆酰化修饰组学发现，NAE1 K238巴豆酰化修饰通过影响GSN的类泛素化修饰，影响GSN的蛋白稳定性和表达，进而通过调控细胞骨架重塑诱导心肌肥厚的发生。该研究通过对假手术组小鼠和主动脉横缩(TAC)手术造模诱导心肌肥大小鼠的心脏组织进行巴豆酰化修饰组学分析，鉴定出1167个蛋白的4724个巴豆酰化位点。其中，NAE1 K238cr在心肌肥大小鼠心脏中显著上调。而后通过IP-MS、点突变小鼠等发现，NAE1 K238cr促进了GSN的类泛素化修饰，从而增强了GSN的蛋白稳定性和表达，最终通过不良的细胞骨架重塑诱导心肌肥大的发生。景杰生物为该研究提供了巴豆酰化修饰组学、巴豆酰化修饰泛抗体。首先，研究人员利用景杰生物提供的巴豆酰化修饰泛抗体进行WB实验，发现相较于对照组，心肌肥厚患者及小鼠心脏组织中巴豆酰化修饰水平显著上调。随后，研究人员对假手术Sham小鼠与心肌肥厚小鼠的心脏组织进行了巴豆酰化修饰组学检测，共鉴定出1167个蛋白的4724个巴豆酰化位点，其中518个位点表达上调，715个位点表达下调。GO富集分析显示，巴豆酰化修饰的蛋白广泛参与多种生物过程，包括代谢、发育过程和信号传导，并调控多种分子功能，如结合活性、催化活性和结构分子活性等。图1 Sham与心肌肥厚小鼠心脏组织的巴豆酰化修饰组学分析NAE1 K238cr在心肌肥厚发生发展中发挥重要作用
在这些差异修饰蛋白与位点中，E1类泛素激活酶亚基NAE1引起了研究人员的注意，其巴豆酰化修饰位点K238在不同物种间具有高度的进化保守性。研究人员通过NAE1 K238cr 位点特异性定制抗体，进一步验证心肌肥厚患者与小鼠心脏中，NAE1 的K238位点巴豆酰化修饰水平上调。接下来，研究人员通过系列体外与体内实验探究NAE1 K238cr对心肌肥厚表型的影响。研究人员通过点突变实验(NAE1 K238R-模拟不能发生巴豆酰化、NAE1 K238Q-模拟巴豆酰化修饰)，发现NAE1 K238cr介导了Ang-II诱导的心肌细胞肥大。同时，点突变小鼠的心脏大小、心肌细胞横截面积等生理指标表明，NAE1 K238R突变改善了小鼠心肌肥厚。此外，研究通过静脉注射携带NAE1 WT、NAE1 K238R和K238Q突变体的重组腺相关病毒的小鼠实验，验证了NAE1 K238cr在心肌肥厚发生发展中的关键作用。NAE1 K238cr通过GSN类泛素化调控细胞骨架重塑和心肌肥厚
NAE1作为E1类泛素激活酶亚基，负责将NEDD8从前体形式转化为活性形式，并将其连接到目标蛋白上，催化目标蛋白的类泛素化修饰-Neddylation。为了寻找NAE1调控的Neddylation蛋白靶点，研究人员进行了IP-MS，发现了NAE1的直接靶点——GSN。功能研究表明，NAE1 K238cr促进了NEDD8与GSN的结合，即促进了GSN的Neddylation修饰，从而提高了GSN的蛋白稳定性和表达。GSN的稳定性促进了肌动蛋白的切断活性，最终导致不良的细胞骨架重塑和心肌肥大的发生。图3 NAE1 K238cr通过GSN类泛素化调控细胞骨架重塑和心肌肥厚综上所述，该研究首次揭示了心肌肥厚的巴豆酰化修饰图谱。通过巴豆酰化修饰组学分析，发现NAE1 K238cr在心肌肥厚患者和小鼠心脏中表达上调，且通过影响GSN类泛素化修饰介导心肌肥厚的发生。这项研究加深了我们对巴豆酰化修饰在心肌肥厚中的理解，并为病理性肥厚和心脏重构提供了潜在的新治疗靶点。![]()
图4 研究示意图巴豆酰化、琥珀酰化、丙二酰化等新型酰化修饰与细胞代谢密切相关，在心血管疾病中扮演着重要角色。该研究运用巴豆酰化修饰泛抗体筛选+验证，结合巴豆酰化修饰组学分析，揭示了非组蛋白NAE1巴豆酰化调控心血管疾病的又一关键机制，为探索疾病进展背后的分子机制提供了又一重要的研究范例。（更多案例阅读：Circulation | 华中科技大学团队揭示Ago2丙二酰化介导糖尿病引发心脏疾病新机制、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）。
此外，NAE1作为类泛素激活酶亚基，研究揭示NAE1的巴豆酰化促进GSN蛋白的类泛素化修饰导致疾病发生，阐明了巴豆酰化修饰与泛素化修饰之间的相互关联（Crosstalk），为疾病的调控机制提供了一个全新的视角。蛋白质翻译后修饰间的Crosstalk研究是当前研究的热点，具有巨大的研究潜力和拓展空间！（更多案例阅读：Adv Sci | 上海交大范广建团队：APOC2乳酸化抑制其泛素化介导肿瘤免疫治疗抵抗）。
参考文献：
Jie Ju, et al. 2024. Crotonylation of NAE1 Modulates Cardiac Hypertrophy via Gelsolin Neddylation. Circulation Research.景杰生物作为修饰组学领域的领跑者，拥有多种修饰抗体和修饰组学质谱检测服务。如果您想了解相关产品和服务的更多信息，请扫描下方二维码填写合作咨询表单、或咨询景杰生物销售工程师、或拨打科服热线400-100-1145。如有转载、投稿等其他合作需求，请在文章下方留言，或添加微信ptm-market咨询。
