撰文 | 小柚

蛋白的翻譯後修飾（post-translational modifications，PTMs）與幾乎所有的控制細胞和生物命運的過程相關。透過改變蛋白質的化學狀態，PTMs極大地豐富了蛋白質的功能。目前，我們對PTMs的瞭解大多始於用化學的方法合成相應的多肽。這種方法促進了相關實驗方法和試劑等的開發【1】。然而，對一些重要的，更復雜的PTMs，攜帶該PTMs的多肽的合成仍存在挑戰。

ADPr（adenosine diphosphate-ribosylation），即ADP-核糖化，指ADP-核糖基團與蛋白質的共價連線。ADPr經NAD+水解產生，由相應的轉移酶，如ADPr聚合酶家族蛋白PARPs，將其新增到蛋白質上。ADPr化是一個可逆的修飾，PARG和ARH3都是去ADPr化酶。ADPr修飾廣泛地參與了許多重要的生理過程，包括病菌的致病，DNA損傷修復，癌症和神經系統疾病等。特別地，靶向ADPr被認為是癌症治療的有效方法，多種PARP抑制劑也已投入臨床使用。然而，與ADPr的重要性相反，我們對ADPr如何行使功能尚不瞭解【2】。這主要是由於ADPr本身的化學性質特殊，使得目前還未有ADPr修飾多肽和ADPr位點特異性抗體。

近日，來自德國馬克思普朗克衰老研究所的Ivan Matic教授在Cell發表研究An HPF1/PARP1-Based Chemical Biology Strategy for Exploring ADP-Ribosylation ，該研究透過化學生物學的方法合成了攜帶特異位點ADPr修飾的多肽，並由此得到了相應的抗體，進一步利用該工具揭示了在DNA損傷中單ADPr修飾的廣泛存在。

在DNA損傷修復中，組蛋白的絲氨酸是PAPR1的主要靶標，並且PARP1的催化活性嚴格地依賴組蛋白PAR化因子1（HPF1）。為得到特定絲氨酸位點攜帶ADPr修飾的多肽，研究者首先利用化學的方法合成了一段多肽，同時給非靶點的絲氨酸加上磷酸化修飾。磷酸化的絲氨酸不能被ADPr修飾。因此只有靶點位置的絲氨酸可以被PARP1/HPF1複合物加上ADPr。最後，研究者用去磷酸化酶去除磷酸化修飾，就能得到攜帶特定位點ADPr修飾的多肽了（圖1）。

圖1

接下來，研究者利用ADPr化的PARP1S499和H3S10多肽得到了相應的抗體。PARP1具有多聚ADPr（poly-ADPr）活性【3】。有趣的是，研究者利用以上抗體發現在DNA損傷修復中，PARP1和H3更傾向出現單ADPr化（mono-ADPr）而非多聚ADPr。進一步的研究發現，PARP1/HPF1複合物在DNA損傷修復中介導了瞬時的多聚ADPr，多聚ADPr很快被去ADP化酶PARG識別，轉變為穩定的單ADPr；而單ADPr最終被ARH3去除（圖2）。

圖2

總的來說，該研究利用化學生物學的方法首次獲得了位點特異性的ADPr修飾多肽，並進一步獲得了相應的抗體，揭示了DNA損傷修復中ADPr水平的動態調控，具有重要意義。值得注意的是，該研究發現的單ADPr化的PARP1和H3在DNA損傷修復中的廣泛存在，提示單ADPr可能像其他PTMs一樣，具有調節蛋白活性或蛋白質與蛋白質間互作的功能。該研究以Resource的形式發表，相信會為ADPr研究提供有利的資源和助力！

原文連結：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.09.055

製版人：十一

參考文獻

1. Hattori, T., and Koide, S. (2018). Next-generation antibodies for post-translational modifications. Curr. Opin. Struct. Biol. 51, 141–148.

2. Crawford, K., Bonfiglio, J.J., Mikoc, A., Matic, I., and Ahel, I. (2018). Specificity of reversible ADP-ribosylation and regulation of cellular processes. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 53, 64–82.

3. Gupte, R., Liu, Z., and Kraus, W.L. (2017). PARPs and ADP-ribosylation: recent advances linking molecular functions to biological outcomes. Genes Dev. 31, 101–126