乳酰化修饰广泛存在于多种生物中，最早发现于组蛋白赖氨酸残基。在前期研究中，作者开发了环状亚胺（CycIm）离子策略，成功识别了大量乳酰化修饰的非组蛋白（Nature Methods, 2022, 19，854–864），但这些修饰的具体功能尚未阐明。在本研究中，作者在之前工作的基础上，通过结合湿实验与干实验蛋白组学技术，发现在富集数据及多个公开的非富集人类细胞系和组织数据中，糖酵解通路中的醛缩酶ALDOA蛋白K147位点频繁的发生乳酰化修饰，且在哺乳动物和昆虫中均高度保守。值得注意的是，ALDOA-147Klac的水平受内源性乳酸调控，提示该位点乳酰化修饰可能在调控细胞功能中发挥重要的作用。

为了在哺乳动物细胞中实现以ALDOA为例的目标蛋白的定点乳酰化修饰，作者通过定向进化和嵌合酶技术，开发了四种能够特异性识别Klac的氨酰tRNA合成酶（KlacRS）。通过在大肠杆菌中共表达KlacRS和EGFP-Y39TAG荧光报告基因，评估了各KlacRS的引入效率和正交性，并筛选出最优的氨酰tRNA合成酶KlacRS1。该酶在表达乳酰化修饰蛋白时，产量可达到野生型的40%。最终，成功在HEK293T细胞中实现了ALDOA-K147位点的精准乳酰化修饰。

在此基础上，作者系统评估了ALDOA位点特异性乳酰化修饰后的生物学意义。通过酶活实验、代谢组学分析及Seahorse实验，发现147位乳酰化修饰抑制了ALDOA的酶活，进而抑制了细胞的糖酵解通路。此外，CETSA和DARTS实验揭示，147位乳酰化修饰提高了ALDOA蛋白的稳定性。进一步研究发现，野生型ALDOA主要分布在细胞质中，而在147位发生乳酰化修饰后，ALDOA从细胞质转移至细胞核。此转位通过调控粘附相关基因的表达，调节细胞的粘附能力，进而引起细胞形态的变化。除了影响基因表达，转移至细胞核的ALDOA-147Klac还通过改变其与互作蛋白的相互作用，调控了细胞周期等信号通路。

综上所述，为了研究蛋白质定点乳酰化的功能，作者开发了一种简便且通用的工作流程。该流程将蛋白质组学、基因密码子扩展和蛋白功能分析相结合，能够在活细胞中精准评估乳酰化修饰对蛋白活性、稳定性、亚细胞定位及互作蛋白的调控作用。这一方法有助于揭示细胞甚至生物体内位点特异性乳酰化的未知功能，为探索调节位点特异性乳酰化是否能成为治疗代谢紊乱相关疾病的新策略提供了可能。

文章来源：Shao C, Tang S, Yu S, Liu C, Zhang Y, Wan T, He Z, Yuan Q, Wu S, Zhang H, Wan N, Zhan M, Tan RX, Hao H, Ye H, Wang N. Genetic code expansion reveals site-specific lactylation in living cells reshapes protein functions. Nat Commun. 2025 Jan 8;16(1):227. doi: 10.1038/s41467-024-55165-2. PMID: 39779673; PMCID: PMC11711764.

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