Posttranslationele modificaties (PTM’s) zijn essentiële onderdelen van de biochemie van (menselijke) cellen, met functies als vouwing, stabiliteit en interactie met andere celonderdelen. Eén type PTM zijn de lysine korte keten acylaties (short chain acylations, SCA), die op dit moment tot de meest bestudeerde behoren. Maar een recent ontdekte SCA is volgens Marinda Westerveld, Rita Petracca en collega’s van de Universiteit Utrecht nog erg onderbelicht: lysine crotonylering (Kcr). In een review benadrukken ze ‘het potentieel van Kcr en identificeren ze hiaten die verder onderzocht moeten worden’.

‘De crotonylgroep is een functionele groep die behoorlijk verschilt van andere groepen’, zegt universitair docent Rita Petracca. ‘Vanuit het oogpunt van organische chemie opent crotonyl deuren voor chemische interventies die je normaal niet ziet.’ Een andere reden dat Kcr opvalt tussen andere acyleringen, is dat het nog grotendeels onontgonnen terrein is. ’Je ziet veel artikelen die duidelijk maken dat crotonylering bij veel kankersoorten betrokken is, maar er zijn niet veel studies die zich op deze PTM zelf richten, waarschijnlijk omdat er een gebrek is aan chemische tools om deze modificatie te bestuderen.’

Gaten

‘Op mechanistisch niveau beïnvloedt Kcr genexpressie op een vergelijkbare manier en in grotere mate dan lysineacetylering [Kac, red.]’, schrijven de auteurs in hun review. ’Tot op heden zijn er rapporten die de betrokkenheid aantonen van zowel histon- als niet-histon-crotonylering bij tal van ziekten met een relevante maatschappelijke impact, zoals AKI, AD, depressie, HIV-latentie, kanker, hart- en vaatziekten en leverfibrose.’

Ondanks de studies die zijn gedaan naar Kcr, zijn er nog steeds gaten in onze kennis van deze PTM, stelt Petracca. ’Het belangrijkste gat heeft te maken met de regulatie van deze modificatie in de cel. We weten niet precies waar de crotonylgroep vandaan komt. Is het een tussenproduct van een metaboliet, of komt het ook via onze voeding het lichaam binnen?’ Een andere onbeantwoorde vraag is welke enzymen Kcr reguleren. ’Bij bepaalde soorten kanker is er sprake van een verhoogde of verlaagde toestand van crotonyl. Hoe komt dat en hoe werkt dat?’

Fotochemie

‘Een reden dat mensen dit PTM niet diepgaand hebben bestudeerd, zou kunnen zijn omdat crotonyl chemisch gezien een lastige groep is’, vervolgt Petracca. ‘Het reageert niet op gewone chemie, maar we ontdekten dat fotochemie veel helpt.’

Petracca, die een achtergrond heeft in organische en fotochemie maar nu vooral werkt als chemisch bioloog, ontwerpt op activiteit of reactiviteit gebaseerde chemische probes om PTM’s op heterdaad te betrappen en te ‘vissen’ naar specifieke groepen in een complex proteoom. Hiervoor gebruikt ze licht en foto-geactiveerde chemie om haar probes te koppelen aan de eiwitten die een specifieke PTM hebben.

‘Omdat ik eerder met fotochemische reacties heb gewerkt, was ik erg benieuwd of de crotonylgroep zou reageren met diezelfde reacties’, legt Petracca uit. ’Het blijkt heel goed te werken en er zit een artikel in de pijplijn waarin de reacties uitgebreid worden onderzocht. Voor zover ik weet is dit de enige fotochemische reactie die compatibel is, wat waarschijnlijk de reden is waarom het onderzoek beperkt is gebleven.’

Vissen

Het komende artikel gaat ook over eiwitten die gecrotonyleerd zijn. Petracca: ‘Ik probeer te vissen naar deze eiwitten die een of meer crotonyleringssites hebben. Zo kun je nieuwe markers voor kankers identificeren en zien welke eiwitten verwant zijn.’ Dit is belangrijk, want hoewel bekend is dat deze modificatie voorkomt bij kanker, is nog steeds onduidelijk waar het voorkomt en waarom de crotonyleringsratio plotseling toeneemt.

Omdat de ontdekking van crotonylering vrij recent is, is het lastig om het aan mensen te ”verkopen”’, zegt Petracca. ‘In de biologie is crotonylering heel bekend, maar in de chemische biologie hebben velen er nog nooit van gehoord, wat ik bizar vind.’ Er zouden meer mensen aan Kcr moeten werken, verklaart Petracca. ‘Als scheikundige kan ik wel wat biologie doen, maar er zijn nog veel meer interessante aspecten van crotonylering die vanuit verschillende invalshoeken onderzocht zouden kunnen worden. Ik geloof echt dat deze modificatie een groot onbenut medisch potentieel heeft.’

Westerveld, M. et al. (2024) ChemBioChem e202400639, DOI: 10.1002/cbic.202400639