Cell | 突破！位点特异性ADP修饰的实现！

撰文 | 小柚

蛋白的翻译后修饰（post-translational modifications，PTMs）与几乎所有的控制细胞和生物命运的过程相关。通过改变蛋白质的化学状态，PTMs极大地丰富了蛋白质的功能。目前，我们对PTMs的了解大多始于用化学的方法合成相应的多肽。这种方法促进了相关实验方法和试剂等的开发【1】。然而，对一些重要的，更复杂的PTMs，携带该PTMs的多肽的合成仍存在挑战。

ADPr（adenosine diphosphate-ribosylation），即ADP-核糖化，指ADP-核糖基团与蛋白质的共价连接。ADPr经NAD+水解产生，由相应的转移酶，如ADPr聚合酶家族蛋白PARPs，将其添加到蛋白质上。ADPr化是一个可逆的修饰，PARG和ARH3都是去ADPr化酶。ADPr修饰广泛地参与了许多重要的生理过程，包括病菌的致病，DNA损伤修复，癌症和神经系统疾病等。特别地，靶向ADPr被认为是癌症治疗的有效方法，多种PARP抑制剂也已投入临床使用。然而，与ADPr的重要性相反，我们对ADPr如何行使功能尚不了解【2】。这主要是由于ADPr本身的化学性质特殊，使得目前还未有ADPr修饰多肽和ADPr位点特异性抗体。

近日，来自德国马克思普朗克衰老研究所的Ivan Matic教授在Cell发表研究An HPF1/PARP1-Based Chemical Biology Strategy for Exploring ADP-Ribosylation ，该研究通过化学生物学的方法合成了携带特异位点ADPr修饰的多肽，并由此得到了相应的抗体，进一步利用该工具揭示了在DNA损伤中单ADPr修饰的广泛存在。

在DNA损伤修复中，组蛋白的丝氨酸是PAPR1的主要靶标，并且PARP1的催化活性严格地依赖组蛋白PAR化因子1（HPF1）。为得到特定丝氨酸位点携带ADPr修饰的多肽，研究者首先利用化学的方法合成了一段多肽，同时给非靶点的丝氨酸加上磷酸化修饰。磷酸化的丝氨酸不能被ADPr修饰。因此只有靶点位置的丝氨酸可以被PARP1/HPF1复合物加上ADPr。最后，研究者用去磷酸化酶去除磷酸化修饰，就能得到携带特定位点ADPr修饰的多肽了（图1）。

图1

接下来，研究者利用ADPr化的PARP1S499和H3S10多肽得到了相应的抗体。PARP1具有多聚ADPr（poly-ADPr）活性【3】。有趣的是，研究者利用以上抗体发现在DNA损伤修复中，PARP1和H3更倾向出现单ADPr化（mono-ADPr）而非多聚ADPr。进一步的研究发现，PARP1/HPF1复合物在DNA损伤修复中介导了瞬时的多聚ADPr，多聚ADPr很快被去ADP化酶PARG识别，转变为稳定的单ADPr；而单ADPr最终被ARH3去除（图2）。

图2

总的来说，该研究利用化学生物学的方法首次获得了位点特异性的ADPr修饰多肽，并进一步获得了相应的抗体，揭示了DNA损伤修复中ADPr水平的动态调控，具有重要意义。值得注意的是，该研究发现的单ADPr化的PARP1和H3在DNA损伤修复中的广泛存在，提示单ADPr可能像其他PTMs一样，具有调节蛋白活性或蛋白质与蛋白质间互作的功能。该研究以Resource的形式发表，相信会为ADPr研究提供有利的资源和助力！

原文链接：

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

制版人：十一

参考文献

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