巴豆酰化修饰的"前世今生"

01 巴豆酰化修饰首次发现

相比于磷酸化和乙酰化等早已被熟知的修饰类型，赖氨酸巴豆酰化修饰 (Lysine Crotonylation, Kcr) 在2011年才由芝加哥大学赵英明教授团队在顶级期刊Cell杂志首次报道，该修饰通常出现在转录活跃的染色质区的组蛋白上并与生殖调控密切相关。同年，该研究被Cell杂志评选为2011年表观遗传领域的研究亮点。

图1 赵英明教授团队首次报道巴豆酰化修饰

02 巴豆酰化修饰Writer鉴定

2015年，纽约洛克菲勒大学染色质生物学和表观遗传学实验室C. David Allis教授团队在Molecular Cell发文报道，乙酰转移酶P300能够催化组蛋白的巴豆酰化修饰的发生，组蛋白巴豆酰化修饰受到细胞内crotonyl-CoA复合物浓度的影响，由此可以通过遗传和环境两方面共同调控巴豆酰化修饰。

图2 P300催化巴豆酰化修饰的发生

03 巴豆酰化修饰Reader鉴定

2016年，清华大学李海涛教授课题组发现最新的巴豆酰化阅读器---AF9 YEATS结构域。该研究将进化保守的YEATS结构域定义为巴豆酰赖氨酸阅读器家族，并证明AF9 YEATS结构域能直接将组蛋白巴豆酰化与转录活性联系起来。

图3 巴豆酰化阅读器—AF9 YEATS 结构域

04 巴豆酰化修饰Eraser鉴定

2017年，华中师范大学翁杰敏教授团队在Cell Research发文，揭示了HDACs而非Sirtuin家族是主要的组蛋白去巴豆酰化酶，同时组蛋白巴豆酰化在哺乳动物细胞中与组蛋白乙酰化一样存在动态调控。

图4 HDACs是主要的去巴豆酰化酶

05 巴豆酰化修饰调控机制

2017年，北京大学健康科学中心基础医学院尚永丰院士课题组在Molecular Cell发文证实，CDYL可以通过充当crotonyl-CoA水合酶来将crotonyl-CoA转化为β-hydroxybutyryl-CoA，进而负调控组蛋白巴豆酰化修饰，这种负调控与其转录抑制活性有内在关联，并参与生殖过程调控。

图5 CDYL负调控巴豆酰化修饰并参与精子发生过程

06 非组蛋白巴豆酰化修饰鉴定

2017年，北京大学健康科学中心张宏权教授课题组在Cell Research上发表文章证实，巴豆酰化不止发生于组蛋白上，其在非组蛋白上也有发生。通过免疫荧光染色和免疫组化的实验手段，证实了巴豆酰化蛋白广泛定位于H1299和HeLa细胞的细胞质和细胞核中，也广泛存在于多种小鼠组织中。

图6 H1299和Hela细胞以及小鼠组织中Kcr的检测

案例一

题目：Global crotonylome reveals CDYL-regulated RPA1 crotonylation in homologous recombination–mediated DNA repair

期刊：Science Advances（IF=13.116）

单位：北京大学医学部梁静研究员和景杰生物团队合作发表

发表时间：2020年3月

研究内容和意义：本项工作在之前CDYL调控组蛋白巴豆酰化水平及功能的基础上，通过高深度的蛋白质修饰组学分析，结合具体的生化细胞实验，证明了CDYL对非组蛋白RPA1巴豆酰化修饰的调控和生理意义。这既是目前为止最深覆盖的巴豆酰化修饰组学分析，也是第一次对非组蛋白巴豆酰化进行深入的功能研究。

景杰抗体产品应用：anti-PanKcr (PTM-502) 、Anti-Kcr antibody beads (PTM-503)、anti-PanKac (PTM-101)。

图7 超高深度巴豆酰化组学分析揭示其在DNA损伤修复中的重要作用

案例二

题目：Dynamics and functional interplay of histone lysine butyrylation, crotonylation, and acetylation in rice understarvation and submergence

期刊：Genome Biology（IF=14.028）

单位：华中农业大学周道绣教授团队

发表时间：2018年9月

研究内容和意义：该研究在水稻中首次揭示发现组蛋白多种酰化修饰包括巴豆酰化 (lysine crotonylation, Kcr)、丁酰化 (lysine butyrylation, Kbu) 和乙酰化 (acetylation) 修饰，在饥饿胁迫和淹水胁迫下相互作用来调控相关基因的表达，为水稻逆境胁迫下的表观遗传研究提供了指导意义。

景杰抗体产品应用：anti-crotonyllysine (PTM-501)、Anti-Kcr antibody beads (PTM-503) 、anti-butyryllysine (PTM-301)、Anti-Kbu antibody beads (PTM-302)。

图8 水稻组蛋白酰化修饰在逆境下调控基因表达

景杰生物独家提供巴豆酰化泛抗体、树脂以及多种组蛋白巴豆酰化位点修饰抗体，应用范围广泛包括WB、Dot、ELISA、IAC、IP等，助力科研工作者在开展巴豆酰化修饰在多领域的研究，为表观遗传基础研究以及该修饰在农业、医学和临床等方面的应用提供有力的工具。

图9 景杰生物巴豆酰化修饰抗体产品列表

参考文献：

1. Minjia Tan, et al. 2011. Identification of 67 histone marks and histone lysine crotonylation as a new type of histone modification. Cell.

2. Benjamin R. Sabari, et al. 2015. Intracellular Crotonyl-CoA Stimulates Transcription through p300-Catalyzed Histone Crotonylation. Molecular Cell.

3. Yuanyuan Li, et al. 2016. Molecular Coupling of Histone Crotonylation and Active Transcription by AF9 YEATS Domain. Molecular Cell.

4. Shumeng Liu, et al. 2017. Chromodomain Protein CDYL Acts as a Crotonyl-CoA Hydratase to Regulate Histone Crotonylation and Spermatogenesis. Molecular Cell.

5. Weizhi Xu, et al. 2017. Global profiling of crotonylation on non-histone proteins. Cell Research.

6. Wei Wei, et al. 2017. Class I histone deacetylases are major histone decrotonylases: evidence for critical and broad function of histone crotonylation in transcription. Cell Research.

7. Yue Lu, et al. 2018. Dynamics and functional interplay of histone lysinebutyrylation, crotonylation, and acetylation in rice under starvation and submergence. Genome Biology.

8. Graeme J. Gowans, et al. 2019. Recognition of Histone Crotonylation by Taf14 Links Metabolic State to Gene Expression. Molecular Cell.

9. Huajing Yu, et al. 2020. Global crotonylome reveals CDYL-regulated RPA1 crotonylation in homologous recombination–mediated DNA repair. Science Advances.