NC重磅技术 | 乳酰化定点修饰新工具揭示活细胞中位点修饰重塑蛋白质功能

摘要：赖氨酸乳酰化是一种广泛存在的翻译后修饰，其如何通过影响蛋白功能发挥生物学调控作用常是研究的重点，不同赖氨酸残基上的乳酰化是否对蛋白存在差异化调控也是十分有意思的研究方向。乳酰化修饰酶无法实现在天然生物学环境中对目的蛋白引入特异性位点修饰，而常见的氨基酸突变策略

赖氨酸乳酰化是一种广泛存在的翻译后修饰，其如何通过影响蛋白功能发挥生物学调控作用常是研究的重点，不同赖氨酸残基上的乳酰化是否对蛋白存在差异化调控也是十分有意思的研究方向。乳酰化修饰酶无法实现在天然生物学环境中对目的蛋白引入特异性位点修饰，而常见的氨基酸突变策略(K突变为Q/E)不能区分乙酰化/乳酰化修饰，因此在目的蛋白精确位点引入乳酰化修饰的技术迫在眉睫。

遗传密码扩展技术（Genetic Code Expansion, GCE）是一种强大的生物技术，通过正交的氨酰基-tRNA合成酶/tRNA在活细胞内定向插入与天然酰化修饰结构一致的非天然氨基酸，实现在蛋白中精准引入酰化修饰位点，从而对蛋白质的结构和功能进行精确调控研究。

2025年1月8日，南京中医药大学王南溪教授联合中国药科大学叶慧教授在Nature Communications（IF=14.7）上发表了题为“Genetic code expansion reveals site-specific lactylation in living cells reshapes protein functions”的研究论文。本研究利用遗传密码子扩展技术（Genetic code expansion，GCE），在活细胞中对ALDOA蛋白引入特异性147位赖氨酸乳酰化，揭示了位点特异性乳酰化修饰对ALDOA蛋白的酶活、稳定性、亚细胞定位等生物学特性的影响，为研究乳酰化对非组蛋白的调控机制及生物学功能提供了新工具和思路。景杰生物为该研究提供了乳酰化修饰泛抗体和位点特异性乳酰化定制抗体支持。

ALDOA-K147la的发现

研究人员通过干湿结合的蛋白质组学策略，分析多种蛋白质组数据集，发现糖酵解途径关键酶——醛缩酶A（aldolase A,fructose-bisphosphate,ALDOA）K147位点的乳酰化在多种细胞系和组织中普遍存在且保守，提示其具有重要功能。进一步通过定制特异性ALDOA-K147la抗体，证实该位点的乳酰化受内源乳酸水平动态调节，表明ALDOA-K147la位点可能在调控细胞功能中发挥重要作用。

图1 蛋白质组学研究确定了ALDOA-K147la是重要功能位点

ALDOA-K147la的体内引入

为在体内实现ALDOA-K147位乳酰化修饰的引入，研究人员对特异性识别Klac的氨酰tRNA合成酶（KlacRS）进行工程改造，筛选出具有较高掺入效率和特异性的 KlacRS1，可在大肠杆菌和哺乳动物细胞中高效、特异地将乳酰化修饰引入目的蛋白。利用优化的赖氨酸乳酰化引入条件，在HEK293T细胞中成功引入ALDOA-K147la修饰。

图2 在活细胞中通过遗传密码扩展技术引入位点特异性乳酰化

ALDOA-K147la的功能解析

研究人员建立了一个综合功能分析（IFA）平台，对ALDOA-147Klac的功能进行评估，包括酶活性、稳定性、亚细胞定位、基因调控和蛋白质相互作用等方面。

①酶活性：ALDOA-K147la抑制了ALDOA的酶活性，扰乱了糖酵解信号，与体外实验结果一致。

②蛋白稳定性：ALDOA-K147la增强了ALDOA的热稳定性和抗蛋白酶解能力，促进了其在细胞内的稳定性。

③亚细胞定位：ALDOA-K147la改变了ALDOA的亚细胞定位，促进其向细胞核转运，且该过程可受乳酸水平调控。

④基因调控：ALDOA-K147la诱导了细胞内基因转录的变化，主要影响与细胞连接组装相关的基因，进而影响细胞形态和细胞-基质粘附。

⑤蛋白互作：ALDOA-K147la改变了ALDOA的互作蛋白，其互作组在细胞核中富集，与未发生修饰的ALDOA互作模式存在明显差异。

图3 乳酰化改变了 ALDOA 的亚细胞定位

综上所述，该研究开发了一种用于研究蛋白质乳酰化的工作流程，整合了蛋白质组学挖掘、遗传密码扩展技术和综合功能分析，适用于活细胞中任何目的蛋白的乳酰化研究，揭示体内位点特异性乳酰化的功能，也为相关疾病的研究和治疗靶点的探索开辟了新方向。

文章所用景杰抗体产品

景杰评述

本研究开发了高效正交的遗传密码扩展技术系统，确认了在大肠杆菌和哺乳动物细胞中高效、特异地将赖氨酸乳酰化掺入目标蛋白的KlacRS1，并优化了掺入条件。这一技术突破为在活细胞中研究蛋白质乳酰化提供了有力工具，克服了以往研究中难以精确控制乳酰化位点的难题，使在天然复杂生物环境下探究特定蛋白质乳酰化与功能关系成为可能，为蛋白质翻译后修饰研究领域提供了新的技术手段。

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