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失调的组蛋白乙酰化将细胞代谢与基因表达联系起来，但其体内周转的测定在技术上仍然具有挑战性。在此，我们介绍一种基于2H2O代谢标记并结合高分辨率Orbitrap质谱的方法，用于定量体内组蛋白乙酰化动力学。该方法利用了快速标记的乙酰基与缓慢标记的肽骨架之间氘掺入速率的差异。一个双层分析流程采用全扫描质谱分析单乙酰化肽，并结合平行反应监测（PRM）以解析位点特异性的周转和化学计量。此外，对乙酰基平台期2H富集度的监测还可用于评估支持组蛋白乙酰化的乙酰辅酶A库中不同特定底物的贡献。 为展示其生物学应用价值，我们将该方法应用于维持高碳水化合物饮食或经历48小时禁食的小鼠，以评估营养依赖性的组蛋白乙酰化动力学。乙酰基标记反映了乙酰辅酶A的代谢来源，表现为进食状态下更高的2H富集，而在禁食期间由于未标记的脂肪酸来源乙酰辅酶A利用增加，2H富集降低。禁食加速了多个组蛋白位点的乙酰化周转，并降低了总体乙酰化化学计量。定量示踪显示，脂肪酸氧化在禁食期间成为组蛋白乙酰化的重要贡献来源，而葡萄糖仍然是核-胞质乙酰辅酶A的主要来源（提供超过60%的用于乙酰化的碳）。该方法能够同时在体内评估组蛋白乙酰化周转、位点占有率以及乙酰辅酶A底物利用，为研究健康与疾病状态下代谢—表观遗传串扰提供了一个稳健的平台。
利用 ²H₂O 代谢标记与高分辨率质谱在体定量组蛋白乙酰化周转及乙酰辅酶A来源 | bioRxiv
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利用 ²H₂O 代谢标记与高分辨率质谱在体定量组蛋白乙酰化周转及乙酰辅酶A来源。
Andrea Arias-Alvarado，Usman Sabir，Serguei Ilchenko，Spencer Parrish，Mirjavid Aghayev，Wentao He，Tsung-Heng Tsai，Guofang Zhang，Takhar Kasumov
doi： https://doi.org/10.64898/2026.06.26.734905
Andrea Arias-Alvarado 1 东北俄亥俄医科大学；
Usman Sabir 1 东北俄亥俄医科大学；
Serguei Ilchenko 1 东北俄亥俄医科大学；
Spencer Parrish 1 东北俄亥俄医科大学；
Mirjavid Aghayev 1 东北俄亥俄医科大学；
Wentao He 2 杜克大学；
Tsung-Heng Tsai 3 肯特州立大学；
Guofang Zhang 4 杜克大学；
Takhar Kasumov 5 NEOMED
通讯作者： tkasumov{at}neomed.edu
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摘要
失调的组蛋白乙酰化将细胞代谢与基因表达联系起来，但对其体内周转进行测量在技术上仍然具有挑战性。在此，我们提出一种基于 ²H₂O 的代谢标记方法，并结合高分辨率 Orbitrap 质谱，用于定量体内组蛋白乙酰化动力学。该方法利用快速标记的乙酰基与缓慢标记的肽骨架之间氘掺入速率的差异。一个双层分析工作流程采用全扫描质谱分析单乙酰化肽，并结合平行反应监测（PRM）以解析位点特异性的周转和化学计量。此外，通过监测乙酰基平台期 ²H 富集程度，还可评估支持组蛋白乙酰化的乙酰辅酶A库中各特定底物的贡献。
为展示其生物学应用价值，我们将该方法应用于维持高碳水化合物饮食或接受 48 小时禁食处理的小鼠，以评估营养依赖性的组蛋白乙酰化动力学。乙酰基标记反映了乙酰辅酶A的代谢来源，表现为进食状态下更高的 ²H 富集，而禁食期间由于未标记脂肪酸来源乙酰辅酶A利用增加而导致富集降低。禁食加速了多个组蛋白位点的乙酰化周转，并降低了总体乙酰化化学计量。定量示踪结果显示，在禁食期间，脂肪酸氧化成为组蛋白乙酰化的重要贡献来源，而葡萄糖仍是核-胞质乙酰辅酶A的主要来源（提供超过 60% 的用于乙酰化的碳）。
该方法能够同时在体评估组蛋白乙酰化周转、位点占有率以及乙酰辅酶A底物利用，为研究健康与疾病状态下代谢—表观遗传串扰提供了一个稳健的平台。
利益冲突声明
已声明资助信息
美国国立卫生研究院 R21AA029784 R01AA030026 1R21AG085590-01 R21AG091377
版权
持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。 保留所有权利。未经许可不得转载。
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发布于 2026 年 6 月 29 日。
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Andrea Arias-Alvarado，Usman Sabir，Serguei Ilchenko，Spencer Parrish，Mirjavid Aghayev，Wentao He，Tsung-Heng Tsai，Guofang Zhang，Takhar Kasumov
bioRxiv 2026.06.26.734905； doi： https://doi.org/10.64898/2026.06.26.734905
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利用 ²H₂O 代谢标记与高分辨率质谱在体定量组蛋白乙酰化周转及乙酰辅酶A来源。
Andrea Arias-Alvarado，Usman Sabir，Serguei Ilchenko，Spencer Parrish，Mirjavid Aghayev，Wentao He，Tsung-Heng Tsai，Guofang Zhang，Takhar Kasumov
bioRxiv 2026.06.26.734905； doi： https://doi.org/10.64898/2026.06.26.734905
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.26.734905v1?rss=1
🏷️ 组蛋白乙酰化 代谢标记 高分辨率质谱 乙酰辅酶A 表观遗传代谢 营养调控