组蛋白巴豆酰化修饰是由组蛋白巴豆酰转移酶以巴豆酰辅酶A为底物将巴豆酰基团转移到赖氨酸残基上而产生的一种新型的共价修饰,并且是一种依赖组蛋白巴豆酰转移酶(HCT)与组蛋白去巴豆酰化修饰酶(HDCR)的动态平衡过程。已有的研究报道与我们实验室的研究结果表明CBP/p300可以催化组蛋白的巴豆酰化修饰,但是哪些酶可以去除组蛋白巴豆酰化修饰及巴豆酰化修饰的生物学功能目前还不是很清楚。本文前半部分主要研究了哪些酶可以去组蛋白巴豆酰化修饰及组蛋白巴豆酰化修饰有哪些生物学功能。由于巴豆酰化基团与乙酰化基团在结构上的相似性,所以我们首先从组蛋白去乙酰化酶家族成员着手寻找组蛋白去巴豆酰化的酶,通过筛选组蛋白去乙酰化酶家族的18个成员,包括SIRT家族及HDAC家族,证明了 SIRT1及Class Ⅰ家族的组蛋白去乙酰化酶(HDAC)具有去组蛋白巴豆酰化修饰的酶活性,并且在细胞里主要的组蛋白去巴豆酰化酶是Class Ⅰ家族的HDACs(HDAC1、HDAC2、HDAC3及HDAC8)。其次通过大规模的筛选寻找可以保留组蛋白去巴豆酰化酶活性但是丧失组蛋白去乙酰化酶活性的突变体,我们找到了一个突变体HDACl(AGG-VRPP),它保留了组蛋白去巴豆酰化的酶活性但是丧失了组蛋白去乙酰化的酶活性,这样的突变体为我们接下来研究组蛋白巴豆酰化修饰的功能提供了基础。通过荧光素酶报告基因、RNA-seq与ChlP-qPCR结果分析首次证明了在生理状态下去除组蛋白巴豆酰化修饰之后可以抑制细胞整体的转录水平。通过对比HDAC1野生型及突变体对转录的调控,表明组蛋白的巴豆酰化修饰与组蛋白乙酰化修饰在对于转录水平的调控方面并不是相互协调的关系,而是有着各自的特异性调控。本文后半部分主要通过组学的方法分析了细胞内巴豆酰化修饰的蛋白谱及这些被修饰的蛋白参与的生物学过程。首先为了能鉴定到较多的巴豆酰化修饰的蛋白,我们使用了 20mM的巴豆酸钠处理HeLa细胞,细胞整体蛋白经胰酶消化成不同的肽段,再用泛巴豆酰化修饰抗体富集巴豆酰化修饰的肽段,之后进行质谱仪测序分析,结果显示我们首次鉴定到了 366个可以被巴豆酰化修饰的蛋白,550个可以被巴豆酰化修饰的位点。质谱结果经生物信息学手段分析结果表明鉴定到的366个巴豆酰化修饰的蛋白主要参与以下重要的生物学过程,包括RNA剪切加工过程(RNA processing)、mRNA 代谢过程(mRNA metabolic process)、染色体的形成过程(chromosome organization)、DNA 代谢过程(DNA metabolic process)、DNA修复过程(DNA repair)、核糖体生物合成过程(ribosome biogenesis)、DNA 包装过程(DNA packaging)及染色质组装过程(chromatin assembly)。定量质谱结果证明巴豆酸钠处理可以抑制复制相关蛋白MCM 4、MCM5、MCM6、MCM7及PCNA与染色质的结合,进而影响细胞周期。通过对比蛋白质乙酰化修饰的组学及蛋白质巴豆酰化修饰的组学,证明某些蛋白既可以被巴豆酰化修饰也能被乙酰化修饰,这两种类型的修饰既可以调控相同的生物过程,也可以调控它们所参与的特异的生物学过程。