IF：14.3！乳酸化再创佳绩！山东两大研究团队强强联手：转录组+代谢重编程+分子对接，这篇“干湿结合”的思路你值得拥有！

很多小伙伴说科研难，文章不好发，其实解决办法有很多。增加数据量、增加实验量等等，但是与其给自己上难度，不如给自己找一个好思路。

今天小薇师姐给大家分享的这篇文献是由山东第一医科大学王允山团队和山东大学魏光伟团队联合发表在Advanced Science的文章。文章以乳酸化为研究出发点，结合了转录组，代谢重编程和分子对接的方法，干湿结合，创新值拉满，跟着小薇师姐一起看看吧！

1.本文通过高通量蛋白质组学分析加速了胃肠道癌症分子特征的发现和功能鉴定，推进了对肿瘤进展机制的理解。

2.本文基于赖氨酸乳酸化(Kla)位点或蛋白质的变化对不同胃肠道癌症进行聚类分析，深入了解致癌变化的分子动力学，揭示了胃肠道癌症的潜在治疗途径。

3.研究首次证明K10la对于维持 CBX3与H3K9me3的相互作用至关重要，并进一步调节癌症标志过程 - 基因表达和胃肠道进展，为全面了解不同胃肠道癌症的蛋白质调节提供了支持。

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题目：综合乳酸化特征揭示了胃肠道癌症中蛋白质调控的分子动力学

期刊：Advanced Science

影响因子：14.3

发表日期：2024年9月

公众号回复“123”领取原文PDF，文献编号：20241031

研究背景

赖氨酸乳酸化(Kla)在多种生理过程中发挥着至关重要的作用。但Kla在胃肠道(GI)肿瘤中的癌症特异性调节仍需要系统阐明。

研究思路

本文通过对胃肠道癌症患者的CD4+ T细胞激活过程中的乳酸化组进行分析，并系统性地鉴定了乳酸化位点，证明了这些位点在癌症发展中扮演重要作用。同时，研究进一步验证了CBX3蛋白K10位点的乳酸化在癌症进展中的作用，为理解胃肠道癌症的分子机制和开发新的药物靶点提供了新见解。

主要结果

1.映射到胃肠道癌症蛋白质组的广泛赖氨酸乳酸化修饰

研究在40位患者的肿瘤和相邻正常组织中共鉴定出的11698个Kla位点和3156个关键蛋白质，其中肿瘤组织中的Kla位点和蛋白质数量显著高于非肿瘤组织（图1A-C）。胃肠道癌症中乳酸化修饰的丰度和类型全面增加，并且侵袭性肿瘤具有更多的Kla修饰（图1D-F）Motif-X结果表明分析揭示了Kla位点周围的氨基酸序列偏好，丙氨酸和赖氨酸在乳酸化肽段中出现频率最高（图1G-H）。此外，研究者还发现乳酸化蛋白质在细胞核和细胞质中广泛分布，并在功能域和通路富集中显示出显著的生物学过程富集，包括基因调控、代谢和基因组稳定性等关键癌症通路（图1J-L），发现有1852个Kla位点在所有四种胃肠道样本中普遍存在，而每种GI样本中也存在特定的Kla修饰模式并且可以再不同功能生物过程中富集（图1M-N）。    

图1 广泛的赖氨酸乳酸化修饰映射到胃肠道癌症蛋白质组

2.胃肠道癌症中Kla变化的综合乳酸化分析及其临床相关性

研究发现有53种蛋白质在乳酸化组和蛋白质组的数据集中均表现出显著的调控变化，并且大多数蛋白质在乳酸化组的丰度变化更大（图2A）。亚细胞定位分析显示在这些蛋白质中，有20种位于细胞质，16种位于细胞核，15种位于线粒体，2种位于细胞外，3种位于血浆中（图2B）。KEGG通路分析结果表明，具有差异乳酸化位点的蛋白质分布在多种功能通路中，特别是代谢途径，同时还发现与剪接体和细胞周期/DNA修复过程相关的差异表达蛋白（DEPs）在胃肠道肿瘤中显著富集（图2C-D）。通过整合乳酸化组分析发现在剪接体、葡萄糖代谢、脂肪酸代谢、细胞周期和DNA修复等标志通路中，差异乳酸化位点的蛋白质显著发生改变（图2E-F）。    

图2 胃肠道癌中Kla改变的综合乳酸化组分析

为确定与这些Kla或蛋白质的临床意义，研究者通过基因集富集分析确定了31条核心通路，其特征与 II 期和 III 期 GI 癌症中富集的代谢和基因调控相关，以及 I 期癌症中富集的参与细胞粘附和细胞外基质组织的蛋白质（图3A）。此外，研究者通过监督比较共确定了可以区分组织病理学侵袭性肿瘤和侵袭性较低肿瘤的 103个Kla位点和762个蛋白质（图3B）。我们进一步表明，调节代谢重编程、剪接体和粘着斑的 401 个差异 Kla 位点在直径 > 5cm 的较大肿瘤中富集（图3C-D）。同时，蛋白质组数据分析也发现，在较大的肿瘤中也涉及多种功能途径的252个DEPs（图3E-F）。对这些差异Kla位点或DEP进行更严格的分层聚类可以几乎完全将较大的肿瘤与直径≤5cm 的肿瘤分开（图3G）。此外，发现 27 个 Kla 位点和 32 个蛋白不仅在胃肠道肿瘤中差异表达，而且与肿瘤分期和直径相关（图3H-I）。    

图3 根据临床特征的乳酸化组的通路改变和差异表达

3.组蛋白乳酸化调节

本研究中总共发现127个Kla位点跨越不同的组蛋白（图4A），并且在胃肠道肿瘤的组蛋白中鉴定出的Kla位点数量显着高于正常组织中的数量（图4B）。研究者发现胃肠道癌症中不同组蛋白的乳酸化水平整体增加（图4C），组蛋白中 127 个 Kla 位点的分层聚类可以将正常组织与胃肠道癌症分开（图4D），并且在胃肠道癌症队列中发现了15个差异Kla位点（图 4E）。此外，研究者发现15个差异Kla位点中有7个位于组蛋白 H15 结构域，H10：K82或H1-4：K52乳酸化水平较高的肿瘤表现出多种功能通路的蛋白质组失调（图4F-H）其中BRD2通路可通过降低擦除剂对Kla的可及性部分阻止去乳酰化（图4I）。    

图4 组蛋白乳酸化的调控

4.比较肿瘤NAT揭示的不同胃肠道肿瘤的亚型特异性特征

研究通过聚类分析基于蛋白质或Kla位点的变化确定了六种不同的调控模式，并进一步通过基因本体和蛋白域富集分析阐明了这些模式的生物学功能（图5A-B）。研究发现，与核酸结合、代谢过程以及RNA剪接和基因表达过程相关的蛋白域在这些模式中显著富集，强调了乳酸化在胃肠道癌症代谢重编程和基因表达调控中的关键作用（图5C-E）。此外，研究者通过对不同胃肠道癌症亚型中差异表达的Kla位点和DEPs，揭示了不同胃肠道癌症的独特特征（图5G-H）。    

图5 描述不同胃肠道肿瘤的亚型特异性特征

5.失调的Kla位点与胃肠道癌症的基因调控广泛相关

通过对四种胃肠道肿瘤中常见的差异Kla位点的无监督聚类分析显示，与正常组织相比，胃肠道癌症中 37 个Kla 位点的水平持续上调，并且富集了调节 RNA 剪接的多种分子功能和蛋白质复合物 、染色质结合、蛋白质结合和转录（图6A-D）。研究通过对与RNA剪接、染色质结合或转录相关的蛋白质中的12个Kla位点分析结果表明，以上位点属于胃肠道肿瘤和NAT之间频率和倍数变化最高的位点，在不同物种之间具有保守性（图6E-G）。此外，研究者发现BRD、HAT1和ELP3蛋白水平与这 12 个 Kla 位点之间呈正相关，SIRT2和SIRT3 蛋白水平与大多数差异Kla位点之间呈负相关（图6H-I）。    

图6 蛋白赖氨酸乳酸化与胃肠道癌症中的基因调控广泛相关

6.CBX3中的K10乳酸化促进CBX3与H3K9me3的相互作用和胃肠道肿瘤生长

研究发现通过免疫沉淀和LC-MS/MS质谱分析证明了CBX3 K10乳酸化的存在（图7A-D），并且使用特定抗体进一步验证了乳酸对CBX3 K10乳酸化的促进作用（图7E-I）。此外，研究者还发现CBX3 K10乳酸化与多个基因调控过程相关，包括剪接体、DNA复制和细胞周期。此外，分子对接分析表明，K10乳酸化可以改变CBX3的结构，影响其与染色质的相互作用，从而在胃肠道癌症的发展中起到关键作用（图7L）。

图7 CBX3 K10乳酸化水平通常在胃肠道癌细胞中升高

研究者发现乳酸能够促进CBX3在K10位点的乳酸化，并且可以促进CBX3与H3K9me3的结合（图8A）。通过CRISPR/Cas9技术敲除CBX3或转染CBX3K10R突变体的实验结果表明，CBX3的乳酸化对于维持与H3K9me3的相互作用和调节癌症标志过程-基因表达至关重要（图8B）。此外，CBX3的缺失或CBX3K10R的表达在体外和体内模型中都显著抑制了肿瘤的生长（图8D-G），这些结果强调了CBX3的乳酸化在胃肠道癌症发展中的关键作用，并可能成为未来治疗的潜在靶点。    

图8 K10乳酸化促进了CBX3与H3K9me3的相互作用和胃肠道肿瘤生长的相互作用

文章小结

本文通过综合乳酸化组分析和蛋白质组学数据，揭示并确定了胃肠道癌症中与基因调控、代谢和基因组稳定性相关的特定Kla位点。并且通过分子对接发现CBX3蛋白的K10乳酸化在胃肠道癌症中发挥关键作用，促进了CBX3与H3K9me3的相互作用，为临床治疗提供了潜在的免疫代谢药物靶标。乳酸化作为国自然的一个研究热点，发文和研究的人越来越多，竞争也越来越大，这就需要更多新颖的思路才能在众多文章中脱颖而出，这篇干湿结合的文章思路真的很值得学习借鉴呢！如果有需要创新思路的小伙伴们快来滴滴小薇师姐吧，技术复现、课题设计、服务器租赁等多个服务内容等你发现！

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