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.2013年1月24日；49(2):310-21.
doi:10.1016/j.molcel.2012.10.025。 Epub 2012年11月29日。

组蛋白乙酰化调节细胞内pH

马修·麦克布赖恩 1, 伊曼·萨拉米蓬·贝巴汉, 罗贝托-费拉里, 特伦特·苏, 黄大伟, 李昆武, 坎迪斯·S·洪, 希瑟·R·克里斯托夫克, 玛丽亚·沃格劳尔, 大卫·B·塞利格森, Siavash K库尔德斯坦语
附属公司

组蛋白乙酰化调节细胞内pH

马修·麦克布莱恩等。 分子电池. .

摘要

组蛋白乙酰化的全球水平在正常细胞和癌细胞中存在差异，尽管细胞调节这些水平的原因尚不清楚。在这里，我们证明了组蛋白乙酰化在调节细胞内pH（pH（i））中的作用。随着pH（i）的降低，组蛋白被组蛋白脱乙酰化酶（HDAC）全局脱乙酰化，释放的醋酸盐阴离子通过单羧酸转运体（MCT）与细胞外的质子共存，从而阻止了pH值（i）进一步降低。相反，当pH值（i）升高时，例如当静止细胞被诱导增殖时，组蛋白的整体乙酰化增加。抑制HDAC或MCT会减少醋酸盐输出并降低pH值（i），特别是在酸性环境中影响pH值（ii）的维持。低pH值下的全局脱乙酰化反应在基因组水平上通过减少丰度和乙酰化在整个基因组中的广泛再分配反映出来。因此，染色质的乙酰化作用是调节pH（i）的变阻器，对HDAC抑制剂的作用机制和治疗应用具有重要意义。

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数字

图1
图1。G、Q或P的最低水平保持组蛋白乙酰化的全球水平
（A） HeLa细胞在DMEM盐和维生素中培养16小时的组蛋白乙酰化WBs，以及指定的ac-CoA来源。条形图显示了15个独立实验的平均值±SD和学生t检验得出的p值。（B） 在如（A）中培养的正常IMR90成纤维细胞中乙酰化的WB。（C） G、Q和P剥夺条件下HeLa细胞中微管蛋白和组蛋白H4乙酰化的WBs。（D） 在指示浓度的G或Q培养的HeLa细胞中乙酰化WBs。（E）WBs显示不同浓度的Ca的影响2+和磷酸对HeLa细胞组蛋白乙酰化的影响。每个面板（A–E）中的车道1是参考条件，其值设置为1。另请参见图S1。
图2
图2。pH值时组蛋白乙酰化的全球水平降低我减少
（A） pH值的测量我（平均值±SD）作为pH值的函数e（电子）以及对在指定pH下培养的HeLa细胞组蛋白乙酰化的影响e（电子）根据WB的评估，在完整的DMEM中持续16小时。参考条件设置为25 mM碳酸氢盐（车道2），接近正常生理浓度。条形图显示了七个独立实验的平均值±SD和学生t检验得出的p值。（B） （A）中培养的HeLa细胞组蛋白乙酰化的免疫荧光分析。（C） 对所示组蛋白组分HeLa细胞中的H4K5ac进行WB分析，并对用HEPES缓冲培养的HeLa电池中组蛋白乙酰化的pH值（D）WB进行分析。条形图显示了17个独立实验的平均值±SD和学生t检验得出的p值。（E） 在指定pH值下处理4小时的HeLa细胞中乙酰-CoA测量值（平均值±SD）e（电子）（F）HeLa细胞中组蛋白乙酰化的WBs，这些细胞在完全DMEM中用或不用5 mM丁酸钠、500 nM TSA或2 mM烟酰胺（NAM）处理6小时，pH值为e（电子）7.4，然后在指定的pH值下培养e（电子）4小时。在指定pH值下培养的HeLa细胞中组蛋白甲基化的WB。在指定的pH值下处理16小时的HeLa细胞中微管蛋白的WB和组蛋白H4乙酰化。另请参见图S2。
图3
图3。组蛋白乙酰化水平的变化对pH值的响应不需要特定的碳源或盐
pH条件下在DMEM盐中培养16小时的HeLa细胞组蛋白乙酰化的（A–D）WBse（电子）7.0或6.3（A）包括指示的碳源，或包括Q但缺少（B）Na+，（C）氯−和（D）Ca2+和磷酸盐。在（D）中，细胞缺乏钙2+并在pH值前3天进行磷酸盐处理e（电子）治疗。另请参见图S3。
图4
图4。低pH导致H4K16ac在整个基因组中的整体减少和重新分布
通过ChIP-seq测定H4K16ac在pH 7.4或6.5下处理4小时的HeLa细胞中的分布。（A） 显著覆盖的DNA碱基对数量（p<10−4)H4K16ac的峰值和基因组区域的数量（25 bp窗口）与显著的H4K16mac峰值相关。（B） 热图显示了H4K16ac峰在指示pH值下的分布，即每个峰中心±1.5 kb区域的富集−log p值。根据各pH条件下的组合存在，所有峰分为三组。显示了每个簇中的峰值数。每个集群的富集度平均值（−log p值）如每个热图下方的折线图所示。每个簇中的峰值分布如饼图所示。显示了与每个簇中H4K16ac峰值相关的基因的基因本体（GO）。GO术语包括同源基因敲除的生物学过程、细胞成分、分子功能和小鼠表型。（C） 方框图显示了在指定的pH条件下，与H4K16ac峰值相关的基因在每个簇中的表达分布。另见表S1。
图5
图5。营养素利用率和pH值改变组蛋白乙酰化的差异
在DMEM盐（A）中培养指定时间和pH值的HeLa细胞中组蛋白乙酰化的（A和B）WBse（电子）在存在（+）和不存在（−）GQP和（B）pH条件下e（电子）7.4 GQP（对照），pHe（电子）7.4无GQP（用于GQP回收）或pHe（电子）6.5用GQP（用于pH恢复）处理16小时，然后在pH的培养基中处理指定的时间e（电子）7.4和GQP。对膜图像进行裁剪，以便将其放置在相应时间点的图形下方。另请参见图S4。
图6
图6。低pH下醋酸通过MCT的流出取决于HDAC活性
（A–C）HeLa和231个标记有三H-乙酸盐，并如在含有10%FBS的DMEM中所示进行处理。（A） 细胞暴露于不同pH值的培养基中e（电子）在指定的时间内。（B） 在追逐过程中和随后的pH值处理过程中，用MCT抑制剂CNCn（10 mM）或二甲基亚砜处理细胞e（电子）（C）在标记之前和随后的不同pH值处理期间，用500 nM TSA或DMSO处理细胞e（电子）（D）在指示的pH值下，231个细胞在含有10%FBS且不含P的DMEM中培养30分钟后的醋酸盐排泄率（平均值±SD）e（电子）（E）在指定的pH值下，在完整的DMEM中处理16小时的231个细胞的组蛋白乙酰化WBse（电子）然后在相同的pH值下进行处理e（电子）有或没有500 nM TSA。另请参见图S5。
图7
图7。HDAC、MCT和细胞增殖影响pH我和全球组蛋白乙酰化水平
（A和B）pH值我HeLa细胞在标准DMEM中用（A）指示的TSA浓度处理过夜（左面板）；250 nM TSA、50μM ITSA-1或两者（中间面板）；100nM TSA，随后在pH下培养6小时e（电子）指示（右侧面板）；或（B）所列HDAC抑制剂的指示浓度（NAM=2 mM烟酰胺）。（C） pH值我HeLa细胞的MCT功能被抑制，用10 mM CNCn处理1小时（左面板）或用siRNA-介导的MCT1敲除96小时（右面板），然后在pH值下处理30分钟e（电子）展示。（D） 在指定的pH值下，在不含G和P的DMEM中治疗30分钟后HeLa细胞的乳酸排泄率e（电子）（左侧面板）；酸碱度我使用10 mM CNCn或DMSO在相同条件下进行测量（右侧面板）。（E） 用CD3/CD28涂层的发电机珠和白细胞介素-2刺激T细胞增殖48小时。用流式细胞仪测定EdU掺入量，并计算48小时刺激前后的细胞数。（F） pH值e（电子）和pH值我48小时后静止和活化T细胞的值以及组蛋白乙酰化。注意pH值我与pH值无关的变化e（电子）所有数据（A–F）均表示为平均值±SD。另请参见图S6。
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