分享一篇發表在ACS Chemical Biology上的文章，文章的標題為“The TRIM33 Bromodomain Recognizes Histone Lysine Lactylation”。本文的通訊作者是來自美國威斯康星醫學院的Brian C. Smith教授。Brian C. Smith教授的研究方向是表觀遺傳信號通路與免疫相關疾病的聯系。
組蛋白受到許多翻譯后修飾的影響，比如賴氨酸的酰化修飾，這些修飾能夠通過writer、eraser和reader蛋白的識別與結合對功能性染色質的形態和特征產生影響。其中，賴氨酸乳酰化（Kla）能夠在炎癥巨噬細胞活化的晚期累積于活化啟動子區域，并與基因表達的時間控制密切相關。然而，目前針對Kla的reader蛋白尚未被發現。本文通過實驗證明了TRIM33的PHD-溴結構域能夠作為Kla的特異性reader蛋白，揭示了其識別Kla的分子機制。
基于Kla和賴氨酸乙酰化（Kac）在結構和功能上的相似性，作者推測Kla的reader蛋白可能與Kac的reader蛋白具有相似的溴結構域。作者根據人類溴結構域發育樹篩選了八組溴結構域，隨后合成7條包含Kla修飾的組蛋白多肽并與篩選的重組溴結構域蛋白共同孵育，利用AlphaScreen技術評估親和性。結果顯示，只有TRIM33β對H3K18la、H4K5la、H4K8la和H4K12la具有高親和性，同時與TRIM33β相似度最近的TRIM24卻不展現親和性，這表明TRIM33β結合Kla可能存在序列特異性。由于TRIM33是已知的Kac修飾reader蛋白，作者選擇對TRIM33進行進一步的研究。
首先，作者通過ITC實驗證明TRIM33β對H3K18la和H3K18ac的親和力相近。同時TRIM33的溴結構域與相鄰的PHD結構偶聯，作者發現刪除PHD結構后TRIM33對Kla和Kac的結合熱均消失，驗證了PHD結構域的必要性。1H/15N NMR和13C/15N NMR實驗同樣證明了TRIM33β PHD-溴結構域對Kac和Kla的相同結合能力。
在細胞實驗中，研究者通過在HEK293T細胞中表達HA標記的TRIM33β，并用L-乳酸鈉誘導組蛋白H3K18的乳酸化。免疫共沉淀實驗結果顯示HA-TRIM33β能夠與H3K18la特異性結合，而未乳酸化誘導的對照組未觀察到這一現象，進一步證明了TRIM33在細胞內識別Kla修飾的能力。
通過序列比對和分子建模，作者發現TRIM33的溴結構域中E981殘基對Kla的特異性識別至關重要。分子對接結果顯示，E981通過與Kla及其鄰近的R17形成氫鍵，顯著增強了對Kla的親和力。將E981突變為丙氨酸后，TRIM33突變體與Kla的結合勢能顯著高于野生型。結合模擬結果，作者重復了ITC和點突變實驗，驗證了E981在Kla選擇性識別中的關鍵作用。此外，進化分析表明，TRIM33 PHD-溴結構域及其關鍵殘基在脊椎動物中高度保守，暗示了TRIM33介導的Kla閱讀對于巨噬細胞極化和功能進化可能是必需的。
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綜上，本文揭示TRIM33的PHD-溴結構域是一種特異性識別Kla的reader蛋白，并闡明了其對Kla的選擇性結合機制。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acschembio.4c00248
文章引用：10.1021/acschembio.4c00248
