分享一篇发表在ACS Chemical Biology上的文章，文章的标题为“The TRIM33 Bromodomain Recognizes Histone Lysine Lactylation”。本文的通讯作者是来自美国威斯康星医学院的Brian C. Smith教授。Brian C. Smith教授的研究方向是表观遗传信号通路与免疫相关疾病的联系。
组蛋白受到许多翻译后修饰的影响，比如赖氨酸的酰化修饰，这些修饰能够通过writer、eraser和reader蛋白的识别与结合对功能性染色质的形态和特征产生影响。其中，赖氨酸乳酰化（Kla）能够在炎症巨噬细胞活化的晚期累积于活化启动子区域，并与基因表达的时间控制密切相关。然而，目前针对Kla的reader蛋白尚未被发现。本文通过实验证明了TRIM33的PHD-溴结构域能够作为Kla的特异性reader蛋白，揭示了其识别Kla的分子机制。
基于Kla和赖氨酸乙酰化（Kac）在结构和功能上的相似性，作者推测Kla的reader蛋白可能与Kac的reader蛋白具有相似的溴结构域。作者根据人类溴结构域发育树筛选了八组溴结构域，随后合成7条包含Kla修饰的组蛋白多肽并与筛选的重组溴结构域蛋白共同孵育，利用AlphaScreen技术评估亲和性。结果显示，只有TRIM33β对H3K18la、H4K5la、H4K8la和H4K12la具有高亲和性，同时与TRIM33β相似度最近的TRIM24却不展现亲和性，这表明TRIM33β结合Kla可能存在序列特异性。由于TRIM33是已知的Kac修饰reader蛋白，作者选择对TRIM33进行进一步的研究。
首先，作者通过ITC实验证明TRIM33β对H3K18la和H3K18ac的亲和力相近。同时TRIM33的溴结构域与相邻的PHD结构偶联，作者发现删除PHD结构后TRIM33对Kla和Kac的结合热均消失，验证了PHD结构域的必要性。1H/15N NMR和13C/15N NMR实验同样证明了TRIM33β PHD-溴结构域对Kac和Kla的相同结合能力。
在细胞实验中，研究者通过在HEK293T细胞中表达HA标记的TRIM33β，并用L-乳酸钠诱导组蛋白H3K18的乳酸化。免疫共沉淀实验结果显示HA-TRIM33β能够与H3K18la特异性结合，而未乳酸化诱导的对照组未观察到这一现象，进一步证明了TRIM33在细胞内识别Kla修饰的能力。
通过序列比对和分子建模，作者发现TRIM33的溴结构域中E981残基对Kla的特异性识别至关重要。分子对接结果显示，E981通过与Kla及其邻近的R17形成氢键，显著增强了对Kla的亲和力。将E981突变为丙氨酸后，TRIM33突变体与Kla的结合势能显著高于野生型。结合模拟结果，作者重复了ITC和点突变实验，验证了E981在Kla选择性识别中的关键作用。此外，进化分析表明，TRIM33 PHD-溴结构域及其关键残基在脊椎动物中高度保守，暗示了TRIM33介导的Kla阅读对于巨噬细胞极化和功能进化可能是必需的。
综上，本文揭示TRIM33的PHD-溴结构域是一种特异性识别Kla的reader蛋白，并阐明了其对Kla的选择性结合机制。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acschembio.4c00248
文章引用：10.1021/acschembio.4c00248
