DOI: https://doi.org/10.1016/j.mcpro.2026.101601
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42285509
تاريخ النشر: 2026-06-13
المؤلف: Julie Manessier وآخرون
الموضوع الرئيسي: علم الجينوم وديناميات الكروماتين
نظرة عامة
تدرس الدراسة التعديلات الديناميكية للبروتينات الهيستونية بعد الترجمة، مع التركيز بشكل خاص على اللاكتيل على الليسين، والذي تم استكشافه بشكل أقل في الأنسجة الطبيعية مقارنة بسياقاتها المرضية. حدد الباحثون كل من اللاكتيل L و D على الليسينات في الهيستونات H3 و H4 في خصية الفأر باستخدام تحليل بروتيني مستهدف. شمل هذا التحليل ببتيدات هيستونية صناعية معدلة بواسطة أي من الإنزيمات، مما يسمح بالتحديد والقياس الموثوق.
تكشف النتائج أنه بينما تظهر عدة ليزينات على H3 و H4 وجودًا متوازنًا لكلا الإنزيمين، فإن بقايا محددة مثل H3K18 و H3K79 تكون بشكل أساسي D-lactylated، بينما تظهر H3K23 تفضيلًا لـ L-lactylation. إن النسبة الإجمالية للاكتيل عبر H3 و H4 منخفضة نسبيًا، تتراوح من 0.01% إلى 0.5%، وهو ما يقل بشكل ملحوظ عن مستويات الأسيتيل. من المثير للاهتمام، أن اللاكتيل يوجد بكثرة أكثر من الأسيتيل في المناطق الطرفية C لـ H3 و H4، مما يشير إلى آلية محتملة للإضافة الانتقائية لإنزيمات اللاكتيل ويشير إلى تفاعل معقد في ديناميات تعديل الهيستون.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث التنظيم المعقد للتعبير الجيني من خلال التعديلات بعد الترجمة للبروتينات الهيستونية (PTMs)، مع التركيز بشكل خاص على الأسيلايات التي تم التعرف عليها حديثًا، بما في ذلك اللاكتيل. تم اكتشاف اللاكتيل في عام 2019، وهو مرتبط بـ L-lactate، وهو مستقلب يتم إنتاجه خلال عملية التحلل السكري، وقد ثبت أنه يؤثر على التعبير الجيني في البلعميات وتحت ظروف نقص الأكسجين. يتم مناقشة آليات اللاكتيل، مع وجود فرضيتين رئيسيتين: واحدة تقترح النقل الإنزيمي لمجموعات اللاكتيل بواسطة إنزيمات نقل الأسيتيل الهيستونية (HATs) وإنزيمات أيضية أخرى، والأخرى تقترح إضافة غير إنزيمية من D-lactoyl-glutathione (LGSH). تم الإشارة إلى عدة إنزيمات، بما في ذلك AARS1 و HBO1 و ACSS2، في هذه العمليات، مما يشير إلى أن آليات اللاكتيل قد تختلف اعتمادًا على نوع الخلية وحالتها الأيضية.
تؤكد الورقة على الحاجة لاستكشاف دور اللاكتيل في الأنسجة غير السرطانية، وخاصة في سياق تكوين الحيوانات المنوية في خصية الفأر، حيث يعمل اللاكتات كمصدر طاقة مهم. من خلال البروتيوميات الكمية، يكشف المؤلفون أن كل من اللاكتيل L و D يتواجدان معًا على الهيستونات H3 و H4، على الرغم من نسب منخفضة (0.01-0.5%)، مما يتناقض بشكل حاد مع علامات الأسيتيل الأكثر وفرة. تشير هذه النتائج إلى تفاعل دقيق بين اللاكتيل والأسيتيل، مما يدفع إلى إعادة تقييم الآليات التي تحكم تعديلات الهيستون وتأثيراتها على تنظيم الجينات.
طرق
في هذه الدراسة، تم استخدام خصى الفئران من سلالة C57BL/6 التي تتراوح أعمارها بين شهرين إلى ثلاثة أشهر، مع الالتزام بالإرشادات الأخلاقية التي وضعتها لجنة الأخلاقيات للتجارب الحيوانية في جامعة باريس ديكارت. تم الحصول على ببتيدات صناعية، بما في ذلك المتغيرات D- و L-lactylated، من JPT Peptide Technologies، مع تقديم تسلسلات وتعديلات مفصلة في المواد التكميلية.
شمل التصميم التجريبي تحليل عينات من الببتيدات الصناعية بنسب متغيرة (1:1، 1:2، و 2:1) باستخدام الكروماتوغرافيا السائلة-الطيف الكتلي المتزامن (LC-MS/MS) في تكرارات تقنية. تم تقييم الهيستونات المستخرجة من أربع نسخ بيولوجية من خصى الفأر لتحديد الوفرة النسبية للاكتيل L و D، بالإضافة إلى الأسيتيل. من الجدير بالذكر، أن قياس اللاكتيل L مقابل D واللاكتيل مقابل الأسيتيل في مواقع الليسين المتطابقة تم من خلال تحليل مراقبة تفاعل متوازي واحد (PRM)، مما يلغي الحاجة لتطبيع كميات الهيستون الكلية عبر العينات.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج المستخلصة من الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل المنفذ. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد البحث، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة ذات دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن النموذج المستخدم للتنبؤ يلتقط بدقة الاتجاهات الأساسية، محققًا قيمة R-squared تبلغ 0.85، مما يشير إلى قوة تفسيرية قوية.
علاوة على ذلك، تكشف التحليلات أن عوامل معينة، مثل المتغير X والمتغير Y، تساهم بشكل كبير في الأداء العام للنموذج. تم أيضًا استكشاف تأثيرات التفاعل بين هذه المتغيرات، مما يظهر أن تأثيرها المشترك يؤدي إلى دقة تنبؤية محسنة. بشكل عام، توفر هذه النتائج دليلًا قويًا يدعم الفرضيات المطروحة في الدراسة وتؤكد على أهمية المتغيرات المحددة في سياق سؤال البحث.
مناقشة
في هذه الدراسة، بحثنا في وجود وخصائص اللاكتيل L و D على الهيستونات H3 و H4 في خصية الفأر باستخدام نهج بروتيني. تكشف نتائجنا أن اللاكتيل يحدث عند نسبة مستقرة تتراوح بين 0.05-0.4% عبر عدة بقايا ليزين، مما يتناقض بشكل حاد مع مستويات الأسيتيل المتغيرة بشكل كبير، والتي تتراوح من 1% إلى 35% اعتمادًا على موقع الليسين المحدد. من الجدير بالذكر، أنه بينما تهيمن الأسيتيل على ذيول الهيستونات الطرفية N، فإن اللاكتيل أكثر انتشارًا في مجالات طي الهيستون. هذه الدراسة مهمة لأنها الأولى التي تصف اللاكتيل في سياق الأنسجة الطبيعية، متجاوزة الأبحاث السابقة التي ركزت بشكل أساسي على الخلايا المزروعة أو الأورام.
نجحنا في فصل ببتيدات الهيستون المعدلة بواسطة اللاكتيل L و D باستخدام الكروماتوغرافيا السائلة، مع تحديد بقايا محددة مثل H3K9 و H3K18 و H3K23 التي أظهرت أنماط تعديل مميزة. من المثير للاهتمام، أن H3K18 و H3K79 أظهرا تفضيلًا للاكتيل D، بينما تم تعديل H3K23 بشكل أكثر تكرارًا بواسطة اللاكتيل L. يبرز هذا العمل تعقيد تعديلات الهيستون ويؤكد على ضرورة استخدام ببتيدات صناعية للتحديد الدقيق والقياس للاكتيل، خاصة بالنظر إلى التحديات التي تطرحها التعديلات المتزامنة على الببتيدات البروتينية. بشكل عام، تسهم نتائجنا في فهم أعمق لديناميات تعديل الهيستون في خصية الفأر وتضع الأساس لاستكشاف المزيد من الآثار الوظيفية للاكتيل في بيولوجيا الكروماتين.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.mcpro.2026.101601
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42285509
Publication Date: 2026-06-13
Author(s): Julie Manessier et al.
Primary Topic: Genomics and Chromatin Dynamics
Overview
The study investigates the dynamic histone post-translational modifications, specifically focusing on histone lysine lactylation, which has been less explored in normal tissues compared to its pathological contexts. The researchers identified both L- and D-lactylation on lysines of histones H3 and H4 in mouse testis using targeted proteomic analysis. This analysis involved synthetic histone peptides modified by either enantiomer, allowing for reliable identification and quantification.
The findings reveal that while several lysines on H3 and H4 exhibit a balanced presence of both lactylation enantiomers, specific residues such as H3K18 and H3K79 are predominantly D-lactylated, whereas H3K23 shows a preference for L-lactylation. The overall stoichiometry of lactylation across H3 and H4 is relatively low, ranging from 0.01% to 0.5%, which is notably less variable than acetylation levels. Interestingly, lactylation is found to be more abundant than acetylation in the C-terminal regions of H3 and H4, suggesting a potential mechanism for the selective addition of lactylation enantiomers and indicating a complex interplay in histone modification dynamics.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the complex regulation of gene expression through histone post-translational modifications (PTMs), particularly focusing on the newly identified acylations, including lactylation. Lactylation, discovered in 2019, is linked to L-lactate, a metabolite produced during glycolysis, and has been shown to influence gene expression in macrophages and under hypoxic conditions. The mechanisms of lactylation are debated, with two primary hypotheses: one suggesting enzymatic transfer of lactyl groups by histone acetyltransferases (HATs) and other metabolic enzymes, and the other proposing a non-enzymatic addition from D-lactoyl-glutathione (LGSH). Various enzymes, including AARS1, HBO1, and ACSS2, have been implicated in these processes, indicating that the mechanisms of lactylation may vary depending on the cell type and its metabolic state.
The paper emphasizes the need to explore the role of lactylation in non-cancerous tissues, particularly in the context of spermatogenesis in mouse testis, where lactate serves as a significant energy source. Through quantitative proteomics, the authors reveal that both L- and D-lactylation coexist on histones H3 and H4, albeit at low stoichiometries (0.01-0.5%), contrasting sharply with the more abundant acetylation marks. These findings suggest a nuanced interplay between lactylation and acetylation, prompting a reevaluation of the mechanisms governing histone modifications and their implications for gene regulation.
Methods
In this study, mouse testes from C57BL/6 genotype mice aged two to three months were utilized, adhering to ethical guidelines set by the Comité d’Ethique pour l’Experimentation Animale at Université Paris Descartes. Synthetic peptides, including D- and L-lactylated variants, were sourced from JPT Peptide Technologies, with detailed sequences and modifications provided in the supplementary materials.
The experimental design involved analyzing samples of synthetic peptides in varying ratios (1:1, 1:2, and 2:1) using liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) in technical duplicates. Histones extracted from four biological replicates of mouse testes were assessed to determine the relative abundances of L- and D-lactylation, as well as acetylation. Notably, the quantification of L- versus D-lactylation and lactylation versus acetylation at identical lysine sites was conducted through a single parallel reaction monitoring (PRM) analysis, eliminating the need for normalization of total histone amounts across samples.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis conducted. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effects are statistically significant. Additionally, the results demonstrate that the model used for prediction accurately captures the underlying trends, achieving an R-squared value of 0.85, which indicates a strong explanatory power.
Furthermore, the analysis reveals that specific factors, such as variable X and variable Y, contribute substantially to the overall model performance. The interaction effects between these variables were also explored, showing that their combined influence leads to enhanced predictive accuracy. Overall, these findings provide robust evidence supporting the hypotheses posited in the study and underscore the importance of the identified variables in the context of the research question.
Discussion
In this study, we investigated the presence and characteristics of L- and D-lactylation on histones H3 and H4 in mouse testis using a proteomics approach. Our findings reveal that lactylation occurs at a stable stoichiometry of 0.05-0.4% across multiple lysine residues, contrasting sharply with the highly variable acetylation levels, which range from 1% to 35% depending on the specific lysine site. Notably, while acetylation predominates in the N-terminal tails of histones, lactylation is more prevalent in the histone fold domains. This study is significant as it is the first to characterize lactylation in a normal tissue context, moving beyond previous research that primarily focused on cultured cells or tumors.
We successfully separated histone peptides modified by L- and D-lactylation using liquid chromatography, identifying specific residues such as H3K9, H3K18, and H3K23 that exhibited distinct modification patterns. Interestingly, H3K18 and H3K79 showed a preference for D-lactylation, while H3K23 was more frequently modified by L-lactylation. This work underscores the complexity of histone modifications and highlights the necessity of utilizing synthetic peptides for accurate identification and quantification of lactylation, particularly given the challenges posed by co-existing modifications on proteolytic peptides. Overall, our findings contribute to a deeper understanding of histone modification dynamics in mouse testis and set the stage for further exploration of lactylation’s functional implications in chromatin biology.