研究背景与目的:多能干细胞(PSCs)可以在不同的培养条件下进行体外增殖,并产生具有不同特性和状态的细胞。理解PSCs如何从一种状态过渡到另一种状态,最终导致特异性分化,对于发育生物学和再生医学非常重要。尽管有很多有关控制这些过渡基因表达变化的信息,但对蛋白质翻译后修饰在多能性调控中的作用了解得却很少。蛋白质巴豆酰化是新发现的翻译后修饰,它以代谢产物巴豆酰-CoA为酰基供体,在巴豆酰转移酶的催化下被共价结合在赖氨酸残基上。在我们的课题中,我们希望通过观察不同PSC中赖氨酸巴豆酰化蛋白质组的差异与变化来探究赖氨酸巴豆酰化修饰对细胞多能性调节的潜在影响,而本文将主要论述赖氨酸巴豆酰化与mESCs(Serum/Lif培养条件)多能性调控的关系。研究方法:我们从植入前后的小鼠胚胎中分别获得了mESCs和m EpiSCs并培养在相应的培养基中,其中,mESCs被分别培养在含有不同组分的三种培养基中,包括S/L、2i/LIF和分化培养基,借助这四种不同的培养条件,我们希望获得处于四种不同状态的PSCs。然后,我们分别收集四种培养条件下的细胞并借助于巴豆酰化肽的亲和纯化和液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)对小鼠PSCs中处于不同细胞状态(包括基态、亚稳态和早期分化阶段的亚稳态mESCs以及处于primed多能态的mEpi SCs)的蛋白质巴豆酰化进行了系统性的分析。研究结果:我们的研究成功地鉴定了2,578个蛋白质中的8,102个巴豆酰化位点,其中1426个蛋白质具有高置信度。这些高置信度的巴豆酰化蛋白中包含了一些与多能性相关的蛋白,它们参与了与多能性调控相关的生物学过程,如RNA生物发生、中心碳代谢和蛋白酶体介导的蛋白质稳态平衡。有趣的是,在亚稳态mESCs(S/L条件培养的mESCs)中我们发现通过巴豆酸处理提高巴豆酰辅A的细胞水平会增加蛋白酶体活性并延缓细胞分化,表明蛋白酶体活性的增强有助于维持细胞多能性。此外,我们发现并验证了多种新的巴豆酰化蛋白,包括多能性调节因子(LIN28A)、RNA m6A阅读器(YTHDF2)和己糖激酶2(HK2)。结论:经巴豆酸处理过的mESCs在正常培养条件下可以保持多能性,在分化条件下可以延缓分化,这表明赖氨酸巴豆酰化有利于mESCs的多能性维持。关于巴豆酸处理引起的mESCs中蛋白酶体活性的增强,据报道UPS在mESCs的多能性调节中起着重要作用,因此,我们推测,巴豆酸可能通过增强蛋白酶体活性来促进mESCs的多能性维持。我们的蛋白质巴豆酰化数据集对于多能性调节的进一步研究将是有价值的,包括新陈代谢在其它细胞命运转变中的作用研究。