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在蛋白质的世界里，泛素化（Ubiquitination）和 ADP - 核糖基化（ADP - ribosylation）这两种修饰作用重大却关系神秘。研究人员开展关于细胞内泛素化与 ADP - 核糖基化相互作用的研究，发现了 MARUbylation 修饰，这为深入理解蛋白质调控机制打开新大门。
在生命的微观世界里，细胞内的蛋白质如同精密仪器上的零部件，它们的功能和行为受到多种因素的调控，其中蛋白质翻译后修饰（PTMs）起着至关重要的作用。泛素化（Ubiquitination）和 ADP - 核糖基化（ADP - ribosylation）便是两种重要的 PTMs，它们就像神奇的魔法，能改变蛋白质的活性、定位和稳定性等特性，让细胞能够快速应对外界各种刺激。
泛素化是一个复杂而有序的过程，小蛋白泛素在 E1 激活酶、E2 结合酶和 E3 连接酶的协同作用下，像搭积木一样连接到蛋白质底物上。不同连接方式的泛素链有着不同的 “使命”，比如通过赖氨酸 48（K48）连接的多聚泛素链，就像是给蛋白质贴上了 “销毁” 标签，引导蛋白质走向降解之路；而 K63 连接的多聚泛素链则承担着信号传递的重任 。
相比之下，ADP - 核糖基化则显得更加神秘莫测，尤其是单（ADP - 核糖基）化。PARP 家族的 17 名成员在消耗 NAD+的反应中，将 ADP - 核糖（ADPr）转移到蛋白质上，同时释放烟酰胺。最初，人们以为这些酶像聚合酶一样工作，所以给它们取名为聚（ADP - 核糖基）聚合酶（PARP），但后来发现大多数成员只是单次转移 ADPr 或者通过反复转移生成多聚（ADPr），并没有真正的聚合酶活性，不过 PARP 这个名字却沿用了下来。
此前，虽然已经观察到泛素化和 ADP - 核糖基化之间存在相互作用，比如 PARP10 能结合多聚泛素，一些泛素 E3 连接酶能结合多聚（ADP - 核糖基）化的蛋白质，但它们之间是否存在一种新的、具有生理意义的修饰形式，一直是个未解之谜。而且在原核生物中发现的相关现象，在哺乳动物细胞中是否也存在，也有待研究。为了解开这些谜团，来自德国亚琛工业大学（RWTH Aachen University）的研究人员展开了深入研究。
研究人员将目光聚焦在过表达 GFP - PARP10 的细胞裂解物上。他们发现，ADP - 核糖基化的 PARP10 在蛋白质免疫印迹（western blot）上并没有呈现出单（ADP - 核糖基）化所预期的单一迁移条带，而是出现了拖尾现象。当用一种广泛作用的去泛素化酶（DUB）处理后，拖尾条带变成了清晰的单一条带，这表明 ADPr - PARP10 还发生了多聚泛素化。
为了弄清楚泛素的连接方式，研究人员利用不同化学性质的连接键对修饰进行探究。在经典的泛素化中，泛素通过异肽键连接到赖氨酸上，而在非经典泛素化中，泛素可以通过酯键连接到丝氨酸或苏氨酸上。研究发现，经典泛素化不受中性羟胺（NH2OH）影响，而泛素 - 丝氨酸和 ADPr - 谷氨酸对其高度敏感。用NH2OH处理后，PARP10 的拖尾现象减少，说明泛素可能通过 ADPr 连接或者连接在丝氨酸上。
研究人员还使用了一种细菌来源的去泛素化酶 TssM 及其突变体 TssM*。TssM失去了异肽酶活性，但酯酶活性高效。PARP10 的修饰可以被 TssM逆转，这进一步证实了存在酯连接的泛素。用 NUDIX16（一种能从 ADPr 上释放 AMP 的磷酸二酯酶）处理免疫沉淀的 PARP10 后，多聚泛素被释放出来，这为 PARP10 被直接连接到 ADPr 上的多聚泛素修饰提供了有力证据。释放出的多聚泛素还能被 K11 特异性的去泛素化酶 Cezanne 处理，表明 ADPr 连接的多聚泛素中含有 K11 - 多聚泛素。
此外，研究人员用干扰素 β 处理细胞，提高内源性 PARP10 和 PARP14 的水平，再用 TssM * 处理细胞裂解物，发现拖尾信号也变成了清晰条带，这暗示内源性蛋白质上也存在这种双重修饰。研究人员将这种新发现的双重修饰命名为 MARUbylation。
为了开展这项研究，研究人员主要运用了蛋白质免疫印迹技术（western blot），通过这种技术观察蛋白质的修饰情况和迁移条带变化；还使用了酶处理实验，利用去泛素化酶（DUB）、NUDIX16 等酶，探究蛋白质修饰的具体情况；以及免疫沉淀技术，用于分离和富集目标蛋白，以便更精准地研究其修饰特征 。
此次研究成果意义非凡。首先，它首次证实了 MARUbylation 这种新型修饰在人类细胞中的存在，为蛋白质翻译后修饰的研究开拓了新领域。其次，这一发现为深入理解 PARP10 和 PARP14 的功能提供了新视角，PARP10 和 PARP14 参与抗病毒反应的机制一直不明确，MARUbylation 或许是解开这一谜题的关键线索。再者，虽然目前发现只有少量细胞中的 PARP10 发生了这种修饰，但这种修饰可能比我们想象的更为普遍。未来，开发针对 MARUbylation 的特异性检测试剂，探索其在细胞内的修饰范围，研究它对蛋白质功能的具体调控机制，以及寻找针对这种双重修饰的特异性 “橡皮擦” 酶，都将成为该领域的重要研究方向。这项研究就像一颗投入平静湖面的石子，必将在蛋白质调控机制的研究领域激起层层涟漪，推动相关领域的研究不断深入发展。
