分享一篇发表在Nature Chemical Biology上的文章，题目为“Acetylation profiling by Iseq-Kac reveals insights into HSC aging and lineage decision”，通讯作者是来自四川大学戴伦治教授，他主要研究衰老和衰老相关疾病，张惠媛和胡洪波教授，他们主要研究免疫。这篇文章中作者报道了乙酰化的组学分析并揭示了造血干细胞衰老过程中谱系决策的表观遗传机制。

翻译后修饰（PTM）对于在生理和病理条件下调节蛋白质合成、定位、稳定性和功能至关重要。虽然已经报道了650余种PTM，但是PTM在细胞中的低丰度为分析带来了挑战，尤其是很难对干细胞等稀有样品进行深入的PTM分析。

衰老会导致免疫系统下降，对病原体的易感性及患心血管病及癌症的风险增加。其中免疫系统的衰老起始于造血干细胞（HSC）表现出的髓系分化潜力增加和淋巴潜力降低，称为“髓系偏斜”。目前直接调节HSC命运决定的机制尚未完全阐明。

作者希望高通量地分析HSC和多能祖细胞中的PTM，从而研究PTM与HSC命运决定的关联。为了解决低起始量样品的分析挑战，作者开发了Iseq-Kac方法。作者使用乙酰基NHS酯处理蛋白质进行化学乙酰化获得高乙酰化的内标，增强乙酰化一级谱信号并促进二级谱分析。

作者使用该方法在104个造血干细胞（HSC）或多能祖细胞中定量到共3000多个蛋白，及共1000多个乙酰化位点，并验证了本文数据之间及与此前研究的数据重复性。

作者发现了一些对于HSC稳态和生成很重要的蛋白及影响代谢稳态的蛋白在年轻和年老组之间存在明显差异，并证明一些存在明显差异的转录因子影响了HSC向淋巴细胞或髓系细胞分化。

作者接下来对所鉴定到的乙酰化修饰进行了验证。首先，他们随机选择了107种鉴定到的乙酰化肽，使用抗体富集的方法用MRM模式验证了其中103种。

作者还做了两种位点特异性乙酰化抗体使用成像方法验证，结果与质谱结果一致，显示ALDH2 K430ac 随着年龄的增长而降低，而ZNF207 K398ac 保持不变。

染色质通过改变衰老过程中的组蛋白乙酰化和表观遗传调节因子来充当细胞代谢的传感器。本文作者分析了衰老过程中组蛋白乙酰化的变化，揭示了年轻、年老组中的显著差异。

本文首次报道了在老年HSC中H4K77ac显著降低。H4K77ac可能中和正电荷以增加DNA可及性，模拟H4K77ac可以延长酵母寿命。为了研究H4K77ac直接调控的基因，作者分析了与H4K77ac重叠的基因组与转录组，鉴定到在年轻和老年 HSC 的转录起始位点（TSS）分别有1,305和365个基因富集。对通路进行分析，发现年轻HSC中淋巴细胞发育途径上调，衰老HSC中翻译和维持蛋白稳定的途径上调。

作者发现 HDAC3 特异性结合 H4K77ac 肽，但不结合未修饰的形式，这表明它有可能使 H4K77ac 脱乙酰化。抑制或敲低HDAC3可以显著促进淋巴细胞分化并抑制髓系分化。

通过H4K77Q模拟H4K77ac可以促进淋巴细胞分化并抑制髓系分化。通过H4K77R模拟的功能缺失性突变则有相反的效果。

总之，本文开发了Iseq-Kac技术用于高通量地分析低起始量样品中的乙酰化修饰。作者分析了HSC衰老过程中蛋白质组和乙酰化修饰组的变化，并发现H4K77ac对于谱系偏移有重要影响。

本文作者：WYJ

责任编辑：WYQ

DOI：10.1038/s41589-025-01916-1

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41589-025-01916-1