分享一篇發表在Nature Chemical Biology上的文章，題目為“Acetylation profiling by Iseq-Kac reveals insights into HSC aging and lineage decision”，通訊作者是來自四川大學戴倫治教授，他主要研究衰老和衰老相關疾病，張惠媛和胡洪波教授，他們主要研究免疫。這篇文章中作者報道了乙酰化的組學分析并揭示了造血干細胞衰老過程中譜系決策的表觀遺傳機制。
翻譯后修飾（PTM）對于在生理和病理條件下調節蛋白質合成、定位、穩定性和功能至關重要。雖然已經報道了650余種PTM，但是PTM在細胞中的低豐度為分析帶來了挑戰，尤其是很難對干細胞等稀有樣品進行深入的PTM分析。
衰老會導致免疫系統下降，對病原體的易感性及患心血管病及癌癥的風險增加。其中免疫系統的衰老起始于造血干細胞（HSC）表現出的髓系分化潛力增加和淋巴潛力降低，稱為“髓系偏斜”。目前直接調節HSC命運決定的機制尚未完全闡明。
作者希望高通量地分析HSC和多能祖細胞中的PTM，從而研究PTM與HSC命運決定的關聯。為了解決低起始量樣品的分析挑戰，作者開發了Iseq-Kac方法。作者使用乙酰基NHS酯處理蛋白質進行化學乙酰化獲得高乙酰化的內標，增強乙酰化一級譜信號并促進二級譜分析。
作者使用該方法在104個造血干細胞（HSC）或多能祖細胞中定量到共3000多個蛋白，及共1000多個乙酰化位點，并驗證了本文數據之間及與此前研究的數據重復性。
作者發現了一些對于HSC穩態和生成很重要的蛋白及影響代謝穩態的蛋白在年輕和年老組之間存在明顯差異，并證明一些存在明顯差異的轉錄因子影響了HSC向淋巴細胞或髓系細胞分化。
作者接下來對所鑒定到的乙酰化修飾進行了驗證。首先，他們隨機選擇了107種鑒定到的乙酰化肽，使用抗體富集的方法用MRM模式驗證了其中103種。
作者還做了兩種位點特異性乙酰化抗體使用成像方法驗證，結果與質譜結果一致，顯示ALDH2 K430ac 隨著年齡的增長而降低，而ZNF207 K398ac 保持不變。
染色質通過改變衰老過程中的組蛋白乙酰化和表觀遺傳調節因子來充當細胞代謝的傳感器。本文作者分析了衰老過程中組蛋白乙酰化的變化，揭示了年輕、年老組中的顯著差異。
本文首次報道了在老年HSC中H4K77ac顯著降低。H4K77ac可能中和正電荷以增加DNA可及性，模擬H4K77ac可以延長酵母壽命。為了研究H4K77ac直接調控的基因，作者分析了與H4K77ac重疊的基因組與轉錄組，鑒定到在年輕和老年 HSC 的轉錄起始位點（TSS）分別有1,305和365個基因富集。對通路進行分析，發現年輕HSC中淋巴細胞發育途徑上調，衰老HSC中翻譯和維持蛋白穩定的途徑上調。
作者發現 HDAC3 特異性結合 H4K77ac 肽，但不結合未修飾的形式，這表明它有可能使 H4K77ac 脫乙酰化。抑制或敲低HDAC3可以顯著促進淋巴細胞分化并抑制髓系分化。
通過H4K77Q模擬H4K77ac可以促進淋巴細胞分化并抑制髓系分化。通過H4K77R模擬的功能缺失性突變則有相反的效果。
總之，本文開發了Iseq-Kac技術用于高通量地分析低起始量樣品中的乙酰化修飾。作者分析了HSC衰老過程中蛋白質組和乙酰化修飾組的變化，并發現H4K77ac對于譜系偏移有重要影響。
本文作者：WYJ
責任編輯：WYQ
DOI：10.1038/s41589-025-01916-1
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41589-025-01916-1
