组蛋白翻译后修饰（Post-Translational Modification, PTM）是组蛋白完成翻译过程后发生在氨基酸残基上的化学修饰，也是真核细胞表观遗传学功能调控的重要的方式。除经典的赖氨酸乙酰化修饰外，近年来科学家们在组蛋白赖氨酸残基上发现了其它类型的酰化修饰，如巴豆酰化、丙二酰化、琥珀酰化、苯甲酰化和2-羟基异丁酰化等。其中巴豆酰化修饰与乙酰化修饰密切相关，这是因为该修饰作为基因转录激活的标记，与乙酰化修饰类似，都是酶参与调控的修饰过程，且二者在一定程度上存在共同的修饰酶和去修饰酶。然而，研究表明巴豆酰化可能存在不同于乙酰化修饰且尚未发现的生物学功能。因此，揭示不同酰化修饰在组蛋白同一位点的生物学功能差异是研究组蛋白酰化修饰的难点问题。有意思的是自然界中的产甲烷菌可以将酰基化的吡咯赖氨酸以一种独特存在的共翻译修饰（Co-Translational Modification，CTM）方式，作为组成蛋白质的氨基酸之一进行遗传编码。如果通过合成生物学与化学生物学的手段，创造一个物种，把核小体上组蛋白的酰基化修饰由翻译后修饰变成共翻译修饰，直接让细胞依赖于化学修饰的组蛋白存活，会产生什么样的进化差异呢？

针对这一问题，近日，北京大学刘涛研究员、刘小云研究员和中科院深圳先进技术研究院罗小舟研究员合作，以酿酒酵母为模式生物，通过发展适合酵母的基因密码子扩展（Genetic Code Expansion, GCE）技术，在组蛋白H3K56位点引入共翻译修饰（Co-Translational Modification, CTM），创造了一种依赖于CTM核小体的酵母菌（pM56），并解析了该位点的乙酰化修饰和巴豆酰化修饰的潜在生物学功能差异。

pM56菌株中基因组编码的野生型组蛋白H3被CTM组蛋白H3突变体所取代，组蛋白H3突变体可借助筛选优化的酿酒酵母GCE体系（PLRS/4xtRNA^Leu）对56位点进行非经典氨基酸（Non-canonical Amino Acid，ncAA）突变获得。该菌株仅在含有CTM氨基酸（乙酰赖氨酸AcK、巴豆酰赖氨酸CroK以及乙酰赖氨酸类似物KetotK）的培养基中存活。

为研究组蛋白不同酰化修饰对DNA损伤修复的影响，作者使用DNA损伤{attr}3189{/attr}MMS处理pM56菌株。结果表明，和组蛋白H3K56位点巴豆酰化共修饰相比，该菌株中组蛋白H3K56位点的乙酰化共修饰能够为酿酒酵母DNA损伤修复提供更为有利的染色质环境。RNA测序结果显示，相比于MMS处理的pM56CroK菌株，pM56AcK菌株中与氨腈水合酶/生殖/细胞壁相关的基因表达水平显著性上调，而pM56CroK菌株中则表现出激酶相关基因表达水平的上调。

同时，作者结合定量蛋白组学技术分析组蛋白H3K79位点甲基化水平（包括单甲基化、二甲基化和三甲基化），发现不同酰化修饰对PTM丰度的影响也存在一定的差异。

这一研究方法为探索真核生物组蛋白PTM错综复杂的生物学功能提供了更多的可能性，同时也为研究在漫长的进化过程中PTM的角色演变奠定了技术基础。