通過(guò)篩查哺乳動(dòng)物細(xì)胞核內(nèi)蛋白質(zhì)修飾圖譜,，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院,、細(xì)胞架構(gòu)研究中心王玉剛教授團(tuán)隊(duì)和山東大學(xué)劉珂教授團(tuán)隊(duì)合作研究發(fā)現(xiàn)酪氨酸硫酸化修飾是組蛋白翻譯后修飾的新類型,，于2023年2月20日在 Nature Chemical Biology 發(fā)表題為Histone tyrosine sulfation by SULT1B1 regulates H4R3me2a and gene transcription的研究論文,。該研究揭示了硫酸轉(zhuǎn)移酶SULT1B1用PAPS為底物直接催化組蛋白H3Y99位點(diǎn)的硫酸化修飾（H3Y99sulf），闡明了H3Y99sulf通過(guò)招募PRMT1并調(diào)控組蛋白H4R3me2a和基因轉(zhuǎn)錄的功能機(jī)制,。該工作既是組蛋白翻譯后修飾類型的新發(fā)現(xiàn),，也是蛋白質(zhì)硫酸化修飾研究領(lǐng)域的新拓展。
組蛋白（Histone）是染色質(zhì)的主要蛋白質(zhì)組分,，作為DNA纏繞的骨架,，與DNA共同組成核小體結(jié)構(gòu)，并在遺傳信息表達(dá)等染色質(zhì)相關(guān)的生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮重要作用,。正常生理?xiàng)l件下,，組蛋白翻譯后修飾（Post-Translational Modification, PTM）是核小體結(jié)構(gòu)和功能的重要調(diào)節(jié)機(jī)制，在基因表達(dá),、DNA復(fù)制,、DNA損傷修復(fù)和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)等過(guò)程中起重要作用。病理生理?xiàng)l件下,，組蛋白翻譯后修飾的失調(diào)與癌癥等人類重大疾病的發(fā)生與發(fā)展過(guò)程密切相關(guān),。蛋白翻譯后修飾的相關(guān)研究既是生命過(guò)程調(diào)控規(guī)律的重要探索，也是重大人類疾病防治新策略的重要理論基礎(chǔ),。
團(tuán)隊(duì)首先用高分辨蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析純化的細(xì)胞核提取物,，發(fā)現(xiàn)組蛋白H3第99位酪氨酸殘基附近肽段有兩種分子量偏移。它們序列相同且荷質(zhì)比相近,，但液相色譜保留時(shí)間和二級(jí)質(zhì)譜存在明顯差異的水解肽段,。通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)確定其中一條多肽來(lái)源于組蛋白H3Y99磷酸化修飾，另外一條多肽疑似來(lái)源于組蛋白H3Y99硫酸化修飾（H3Y99sulf）,。通過(guò)與化學(xué)合成的H3Y99sul標(biāo)準(zhǔn)多肽進(jìn)行分析比對(duì),，團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了Ysulf是尚未被報(bào)道的新型組蛋白修飾類型。通過(guò)定制的修飾位點(diǎn)特異的抗體,，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步證明了H3Y99sulf是在多種真核細(xì)胞中染色質(zhì)啟動(dòng)子區(qū)域廣泛存在于的組蛋白修飾標(biāo)簽（histone mark）,。通過(guò)篩選，細(xì)胞質(zhì)硫基轉(zhuǎn)移酶家族（SULTs）成員SULT1B1被確定為H3Y99sulf的主要調(diào)控蛋白：SULT1B1在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)直接用PAPS為底物催化新生組蛋白H3單體的H3Y99sulf修飾,。被H3Y99sulf修飾的新生組蛋白H3在分子伴侶的幫助下與組蛋白H4形成異源二聚體,，進(jìn)入細(xì)胞核,，在轉(zhuǎn)錄活躍區(qū)域被包裝入染色質(zhì)核小體。
組蛋白H3Y99位點(diǎn)被包埋在核小體八聚體內(nèi)部,。H3Y99sulf修飾的組蛋白H3被組裝在轉(zhuǎn)錄活躍區(qū)域的核小體,，該區(qū)域大量的核小體由于基因轉(zhuǎn)錄的需要而處于六聚體、四聚體,、半核小體等亞結(jié)構(gòu)狀態(tài),，以便RNA聚合酶沿著基因組DNA滑動(dòng)并讀取遺傳信息?；谌缟辖Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，H3Y99sulf被暴露于上述核小體亞結(jié)構(gòu)的表面,，可通過(guò)招募功能性識(shí)別因子而發(fā)揮下游功能,。本團(tuán)隊(duì)通過(guò)篩選發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（Protein Arginine Methyltransferase 1, PRMT1）是H3Y99sulf修飾的特異性識(shí)別蛋白。PRMT1通過(guò)其第218位天冬氨酸殘基（Asn-218）至225位絲氨酸殘基(Ser -225)之間的無(wú)規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)識(shí)別并結(jié)合核小體亞結(jié)構(gòu)表面的H3Y99sulf修飾標(biāo)簽,，以此被招募到細(xì)胞內(nèi)染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄活躍區(qū)域,，調(diào)控該區(qū)域組蛋白H4第3位精氨酸殘基的不對(duì)稱雙甲基化修飾（Histone H4 arginine-3 asymmetry di-methylation, H4R3me2a），激活下游基因的轉(zhuǎn)錄,，執(zhí)行H3Y99sulf調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的功能,。
該研究率先發(fā)現(xiàn)了酪氨酸硫酸化修飾是一種新型組蛋白修飾類型，鑒定了催化組蛋白H3Y99sulf的轉(zhuǎn)移酶SULT1B1并闡明了修飾機(jī)制,，發(fā)現(xiàn)了H3Y99sulf通過(guò)招募PRMT1而調(diào)控下游H4R3me2a修飾的功能機(jī)制,，描繪了H3Y99sulf在染色質(zhì)上的分布規(guī)律，闡明了H3Y99sulf調(diào)控基因表達(dá)和重要細(xì)胞信號(hào)通路的生理功能,。工作拓展了真核生物組蛋白修飾圖譜,，進(jìn)一步豐富了不同組蛋白修飾類型之間通過(guò)互作調(diào)控遺傳信息表達(dá)的功能網(wǎng)絡(luò)，為研究細(xì)胞核內(nèi)其它蛋白質(zhì)的硫酸化修飾提供了重要參考,。
論文第一完成單位為華中科技大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院,，博士研究生余維星、周潤(rùn)心為共同第一作者,，王玉剛教授,、劉珂教授為共同通訊作者。該研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目,、重大研究計(jì)劃（培育項(xiàng)目）等項(xiàng)目的資助,。
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