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CTM | 复旦大学蔡加彬组报道组蛋白乙酰化或可作为肝癌预后潜在生物标志物

已有 265 次阅读 2021-10-8 09:12 |系统分类:科研笔记

肝细胞癌(HCC)是常见恶性肿瘤之一,死亡率高、预后差。在中国,乙型肝炎病毒(HBV)相关的HCC占HCC总数的85%。乙酰化是一种常见的蛋白质翻译后修饰(PTM),参与染色质重塑,转录因子激活和代谢调控等几乎所有主要生物学过程。乙酰化修饰被证实在肝细胞中调控癌症相关基因表达导致HCC发生 [1]。分析HCC中乙酰化组学的全景图谱,从分子水平研究肝细胞癌的发生机制,有望帮助肝细胞癌治疗和预后。


近日,复旦大学附属中山医院蔡加彬团队在国际专业学术期刊Clinical and Translational Medicine(IF=11.492)上发表题为“Quantitative acetylome analysis reveals histone modifications that may predict prognosis in hepatitis B‐ elated hepatocellular carcinoma”最新研究成果。该研究运用蛋白质组、乙酰化修饰组技术全面分析了人肝癌、癌旁及正常肝组织中乙酰化改变,对乙酰化在HCC发病中的作用进行了深入的探讨,揭示组蛋白乙酰化修饰可以预测乙型肝炎相关HCC患者的预后。景杰生物为该研究的蛋白质组学、乙酰化修饰组学分析提供了技术支持。


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肝脏组织中乙酰化修饰全景图谱

该研究采集了临床来源的2名HBV感染者的正常肝组织(N),另外3名HBV相关HCC患者的癌旁(P)和肝癌组织(T)样本(样本策略)使用蛋白质组学和乙酰化组学定量技术进行全面分析(质谱策略)。研究共鉴定到2582个蛋白质中的6781个乙酰化位点,其中1190个蛋白质中的2492个乙酰化位点有定量信息。赖氨酸乙酰化(Kac)主要参与细胞粘附、肝脏代谢相关等生物学过程,同时其蛋白编码基因表达模式也发生明显改变,说明Kac在肝细胞癌变过程中扮演重要角色。

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图1. 赖氨酸乙酰化定量分析流程及蛋白功能分析

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差异Kac蛋白质功能分析

针对HCC和癌旁组织的进一步生信分析,筛选出215种蛋白质中250个上调Kac位点和452种蛋白质中的662个下调Kac位点。上调Kac蛋白质主要存在细胞质,参与氨基酸合成、小分子分解代谢、脂肪酸代谢及丙酮酸代谢功能;下调Kac蛋白质主要存在线粒体,参与病毒致癌、糖异生/糖酵解、细胞器定位及大分子合成等功能。保守性分析发现,差异Kac蛋白质乙酰化位点不同会影响蛋白质定位及功能。

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图2. 差异Kac蛋白质功能、亚细胞定位及保守性分析

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构建Kac PPI网络及Kac位点三维解析

将差异Kac蛋白质映射到STRING数据库中,构建KacPPI网络,发现组蛋白乙酰转移酶EP300和线粒体蛋白CPS1与多种Kac蛋白质相互作用,如EP300与上调Kac蛋白质CREBBP关联紧密,CPS1与下调Kac蛋白质精氨琥珀酸合成酶1相互作用。使用pymol软件可视化具有Kac位点ADH1B、GLUD1、CPS1和HADHA四种蛋白质的三维结构,发生Kac的位点更易出现在α螺旋、β-折叠和旋转等二级结构上,而且在此基础上还识别出更多全新的Kac位点。

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图3. 差异Kac PPI网络及Kac新位点鉴定

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组蛋白乙酰化可成为预测HCC预后的生物标志物

EP300是一种重要的组蛋白乙酰转移酶,可以使组蛋白发生乙酰化。通过比较T、P、N之间组蛋白Kac位点的乙酰化水平变化,发现H2BK120ac、H3.3K18ac和H4K77ac水平上调,这一现象在WB和IHC实验中均得到验证。随机选取实施根治性切除术的135例HCC患者,研究发现H2BK120ac、H3.3K18ac和H4K77ac水平上调的患者在术后具有更高的复发风险和不良预后。由此说明H2BK120ac、H3.3K18ac和H4K77ac水平可成为预测HCC复发风险和预后情况的生物标志物。

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图4. 组蛋白Kac可预测HCC预后和复发

总的来说,赖氨酸乙酰化(Kac)是肝细胞癌基因表达调控的重要翻译后修饰。该研究运用蛋白质组学及乙酰化修饰组学技术,描绘了肝脏细胞中Kac修饰位点全景图谱,进而鉴定出与疾病相关的差异蛋白质及Kac修饰位点,并识别出影响HCC预后的组蛋白乙酰化修饰位点。

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图5. 乙型肝炎病毒途径中HCC与癌旁组织乙酰化上调的蛋白质图谱

HCC的发生和发展与乙型肝炎病毒(HBV)或丙型肝炎病毒(HCV)感染等有关。研究发现乙酰化可以调节乙型肝炎病毒途径中参与HCC调节的一些关键蛋白质,这也提示我们乙酰化修饰是否参与丙型肝炎病毒途径及其相关的HCC发展,而从另外一个角度来看,影响HCC发生的组蛋白赖氨酸上还会发生二羟基异丁酰化、3-羟基丁酰化和琥珀酰化修饰,尤其是3-羟基丁酰化与酮体代谢和肝脏代谢密切相关,这也为研究翻译后修饰调控HCC发生提供了新思路。




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