ADP-核糖基化（ADPRylation）是一种翻译后修饰，以其在DNA损伤反应和细胞质信号传导中的作用而闻名，但它在表观基因组调节中也发挥重要功能。在细胞核中，ADPRylation通过组蛋白和染色质相关蛋白的协同修饰来调节染色质结构和基因表达。尽管多ADP-核糖基化（PARylation）在该领域占据主导地位，尤其是在DNA修复缺陷恶性肿瘤中作为治疗靶点，但研究人员对单ADP-核糖基化（MARylation）——由单ADP-核糖基转移酶（MARTs）介导——如何作为离散的、位点特异性的表观基因组标记发挥作用的理解仍存在空白。核内MART介导的ADPRylation调节表观基因组酶的活性、定位和复合物组装，并直接修饰组蛋白以影响染色质可及性和转录动力学。这些可逆修饰与经典的表观基因组标记交叉，实现对基因表达的快速、上下文依赖性控制。新兴研究进一步表明，失控的核ADPRylation与癌症相关，其中染色质调节因子和转录因子的MARylation改变导致异常基因表达程序，并可能代表一类新的治疗脆弱性。在本综述中，研究人员综合了关于核ADPRylation的新兴见解，重点关注MART介导的组蛋白和染色质酶调节，并讨论了这一调节层如何扩展了生理学中表观基因组控制的现有模型，以及其改变如何驱动肿瘤发生，为靶向癌症治疗提供了新的非合成致死途径。
论文主体部分总结如下：
**1 引言**
**1.1 细胞的翻译后语言**
生物信号传导不仅是蛋白质丰度的产物，更是蛋白质快速、可逆化学修饰的结果，这些修饰扩展了蛋白质组的功能多样性，对于几乎所有生物过程都必不可少。翻译后修饰（PTMs）有超过400种不同类型，包括普遍的磷酸化和泛素化，以及更特异性的乙酰化和甲基化。这些PTMs作为细胞的语言，动态影响生化功能、蛋白质稳定性、相互作用和定位。在细胞核中，组蛋白尾部和染色质相关蛋白上的PTMs决定了染色质的结构状态，在转录允许的常染色质和沉默的异染色质之间切换。在恶性细胞中，这种语言经常被改变，PTM模式的失调驱动了异常转录程序，决定了癌细胞的可塑性、治疗抵抗和免疫逃逸。
**1.2 ADP-核糖基化：一个被低估的表观基因组调节因子**
在众多PTMs中，ADP-核糖基化（ADPRylation）因其独特的化学复杂性和能量成本而脱颖而出。该修饰涉及从β-烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（β-NAD
+）酶促转移ADP-核糖（ADPR）部分到特定氨基酸残基，如谷氨酸、天冬氨酸和丝氨酸。该修饰以两种主要形式存在：单ADP-核糖基化（MARylation），其中单个ADPR部分共价连接到底物上；以及多ADP-核糖基化（PARylation），其中ADPR单元通过糖苷核糖-核糖键依次添加，在底物蛋白上生成线性或支链聚合物。这种二元性是ADPR信号传导功能多样性和调节复杂性的主要来源。这两种修饰在生化和功能特性上存在显著差异。MARylation产生离散的、位点特异性的修饰，可以改变局部蛋白质构象、催化活性、分子相互作用或亚细胞定位。相比之下，PARylation生成大的、带负电的聚合物，作为多价支架，能够招募大量ADP-核糖结合蛋白，促进生物分子凝聚，并快速重塑蛋白质复合物。因此，尽管PARylation通常协调广泛的、瞬时的、高强度的信号爆发（如DNA损伤修复中发生的ADPR喷射），MARylation通常被认为介导更选择性和上下文依赖性的个别蛋白质功能调节。
**1.3 重新聚焦细胞核中的ADPRylation**
作为PARP家族的原型成员，PARP1和PARylation历史上主导了该领域，主要由于PARP1在响应DNA损伤时产生的大量快速信号爆发。在这种经典范式中，大量阴离子PAR链的产生（描述为“ADPR喷射”）作为临时支架招募修复因子，并在损伤位点物理“撕碎”或去浓缩染色质，使PARP1成为基因组完整性的中心守护者。然而，在过去三十年中，该领域已大大扩展，超越了这种以DNA损伤为中心的观点。化学遗传学和高分辨率质谱的最新进展催化了范式转变，将领域重新聚焦于ADPRylation作为表观基因组的组成性和精细调节因子的观点。PARP1现在被广泛认为在基因调控、染色质组织和转录控制中发挥重要作用，不仅在急性应激反应中，而且在稳态细胞程序中。更有说服力的是，新兴证据表明MAR在细胞核内作为一种独特的调节机制发挥作用，具有调节基因表达的相同潜力。研究人员现在了解到，17个成员的PARP家族中的大多数实际上是MARTs，缺乏延伸聚合物的催化机制。与瞬时和庞大的PAR链不同，MARylation作为一种离散的、精确的信号传导模式，而不是庞大的空间调节因子。这些单个ADP-核糖单元连接到特定氨基酸侧链，改变核蛋白的表面化学，并以高空间精度调节其相互作用组。因此，MAR不仅仅是链延伸的前体，而是一种独特的、复杂的信号传导模式。具体来说，MARTs（如PARP7和PARP10）在核区室内的存在表明MARylation与表观基因组调节之间存在直接但尚未充分探索的联系。了解这些酶如何靶向组蛋白和转录因子，以及它们如何与其他PTMs竞争，是解码“ADP-核糖密码”的下一个前沿。
**2 核MARTs作为表观基因组调节因子**
MARTs在细胞核内的区室化是一个活跃调控的生物学过程，与早期认为这些酶主要位于细胞质或仅与内质网相关的假设相矛盾。已鉴定出显著的核内PARP7（TiPARP）、PARP10、PARP12和PARP14库，每种酶都具有用于染色质相互作用的特殊结构域。例如，PARP7是一种锌指蛋白，直接结合DNA，并受芳烃受体（AhR）转录调控，使其成为异生物质和免疫信号传导的关键反馈调节因子。另一方面，PARP14包含三个宏结构域，使其能够“读取”预先存在的ADPRylation标记，而其催化结构域则作为新MARylation事件的“写入器”。这些酶并非简单地漂浮在核质中；它们响应生理刺激（如细胞因子信号传导或激素暴露）被招募到特定基因组位点，如活性增强子和启动子。这些MARTs在染色质上的存在为细胞提供了一种机制，将环境线索直接整合到转录机器中，确保表观基因组反应既快速又依赖于上下文。
**3 MARylation作为染色质酶的翻译后调节因子**
核MARTs通过修饰负责维持表观基因组的酶本身来施加其影响，有效地充当“调节因子的调节因子”。通过位点特异性MARylation，这些酶可以改变关键表观基因组修饰因子（包括组蛋白乙酰转移酶、去乙酰化酶和染色质重塑因子）的活性、稳定性和染色质结合。通过这种方式，ADPRylation引入了一个额外的调节层，精细调节表观基因组酶功能并塑造转录结果。
**3.1 PARP7与p300之间的新兴联系**
新兴证据表明，PARP7与组蛋白乙酰转移酶p300在物理和功能上存在交叉，p300是染色质依赖性转录和表观基因组的关键调节因子。这些研究揭示了MARylation和赖氨酸乙酰化途径在细胞核中的新交叉层。PARP7和组蛋白乙酰转移酶p300的功能交叉代表了细胞核内的一个复杂调节节点，MARylation和赖氨酸乙酰化在此汇聚。作为关键的转录共激活因子，p300通过乙酰化组蛋白尾部和非组蛋白底物来促进基因激活，从而降低染色质密度并招募转录机器。相比之下，PARP7已成为一个上下文依赖性的调节器。PARP7介导的MARylation似乎并非简单的“开/关”开关，而是精细调节、抑制甚至重编程p300驱动的转录程序，将MARylation定位为染色质信号网络中的调节平衡。Stokes等人最近的一项研究揭示了代谢-表观基因组联系，其中PARP7在脂肪形成过程中作为核NAD
+水平的传感器发挥作用。分化后，核NAD
+水平下降，导致PARP7自身MARylation减少，从而稳定酶。这种转变使PARP7能够作为C/EBPβ的转录共调节因子，促进p300活性并增强脂肪生成基因位点的组蛋白乙酰化。因此，PARP7作为一个分子传感器，通过与p300的相互调节关系，将核NAD
+水平的波动转化为改变的染色质状态。此外，两项最近的范式转变研究表明PARP7和p300直接相互修饰。PARP7已被证明是肿瘤细胞中IFN信号传导的关键抑制因子，这一过程依赖于PARP7催化活性。两项新研究提供了关于PARP7介导的MARylation在这一途径中发挥作用的机制见解。首先，使用类似物敏感的化学遗传学和蛋白质组学方法，Siordia等人确定了关键的转录调节因子，包括共激活因子和共抑制因子，作为PARP7最富集的底物。其中，鉴定出p300及其直接复合物成员CREB结合蛋白（CBP）。功能研究表明，PARP7 MARylates p300/CBP，靶向p300进行泛素介导的转换，直接调节核中可用乙酰转移酶的“库”。其次，Li等人描述了p300在赖氨酸32处对PARP7的乙酰化，这增强了PARP7的稳定性，使其在TBK1-IRF3-STAT3信号轴中发挥抑制作用，并减弱IFN-β诱导的干扰素刺激基因转录。通过p300抑制导致PARP7乙酰化丧失，导致PARP7蛋白酶体降解和IFN信号传导恢复。因此，PARP7在一个复杂的双向调节回路中发挥作用。从临床角度来看，PARP7和p300之间的这种双向回路代表了肿瘤逃避宿主免疫系统的关键脆弱性。p300在其高度调节的CH3或HAT结构域内的MARylation理论上可能诱导构象变化，抑制其乙酰转移酶活性，代表一种直接的“PTM-on-PTM”调节模式。反过来，p300介导的PARP7乙酰化增强其稳定性并维持其抑制功能，建立了一种相互调节关系，其中每种酶调节另一种酶的丰度和活性。这种动态相互作用创建了一个精细调节的反馈回路，整合了ADPRylation和乙酰化以控制转录输出。更广泛地说，这个回路展示了核MARylation如何不仅作为个别底物的修饰因子，而且作为表观基因组酶网络的调节因子，最终塑造基因表达程序。
**3.2 PARP14和组蛋白去乙酰化酶（HDAC）转录开关**
MARTs也与细胞的抑制机制相互作用。PARP14已被证明可调节白细胞介素-4（IL-4）依赖性转录，并被描述为STAT6介导的基因诱导的“转录开关”。Mehrotra等人证明PARP14促进STAT6与其靶基因的结合，这依赖于PARP14表达水平及其催化活性。研究发现，PARP14在无信号传导时直接与天然STAT6响应启动子结合。无刺激时，PARP14招募组蛋白去乙酰化酶（HDACs）以抑制转录，但激活后，其催化活性被触发，导致PARP14自身MARylation和HDAC 2和3的反式MARylation，这有效地破坏了它们的结合并促进其从启动子释放，允许共激活因子招募和基因诱导。因此，PARP14作为一个转录开关，在无IL-4信号传导时通过HDAC招募作为抑制因子，然后通过MARylation活性激活后通过释放HDACs作为激活因子。在肿瘤学背景下，慢性炎症信号传导是许多肿瘤的标志，药理学抑制PARP14可能代表一种治疗策略，以调节异常细胞因子驱动的转录程序并减弱促进肿瘤的炎症信号传导。Riley等人的进一步研究表明，PARP14在Th2细胞中结合特定的DNA基序，调节广泛的细胞功能，包括T细胞相关功能，如Th1/Th2极化、T细胞受体信号传导和细胞因子信号传导。值得注意的是，PARP14仍然是少数已证明直接MARylate HDACs的MARTs之一。最近的化学遗传学和蛋白质组学研究表明，PARP14直接MARylate多种染色质相关蛋白，包括组蛋白、转录共调节因子、RNA加工因子和染色质重塑蛋白。这些发现表明，PARP14不仅通过与转录因子（如STAT6）的蛋白质-蛋白质相互作用调节基因表达，而且通过直接修饰染色质调节机制组件来调节基因表达。虽然其他PARP家族成员，特别是PARP1，已被证明通过促进转录抑制复合物解离和抑制去乙酰化酶活性（如SIRT1）来功能性地拮抗染色质抑制，从而促进染色质松弛和转录激活，但MARylation对HDACs的直接调节似乎尚未得到充分表征。这些观察表明，PARP14可能代表一个更广泛但尚未探索的范式的特例，其中核MARTs调节乙酰化与去乙酰化之间的平衡以控制转录结果。
**3.3 MART介导的甲基化组调节**
与ADPRylation在调节组蛋白乙酰化和去乙酰化中的既定作用相比，其在组蛋白甲基化途径中的参与仍然相对未充分探索。尽管如此，新兴证据表明，ADPRylation可以通过直接和间接机制影响组蛋白甲基转移酶和去甲基化酶的功能。例如，PARP1已被证明可调节多梳抑制复合物2（PRC2）活性和H3K27甲基化，以及调节组蛋白去甲基化酶的功能，强调了ADPRylation塑造甲基化依赖性染色质状态的能力。此外，PARP1介导的组蛋白H2B在Glu 35处的ADPRylation已被证明影响组蛋白H3的甲基化水平，尽管这种交叉的精确分子机制及其对染色质调节和基因表达的功能后果仍不清楚。相比之下，MARTs对甲基化酶的直接调节在很大程度上仍未定义。然而，最近的蛋白质组学研究已确定甲基化相关因子，如PRMT1和KMT2A，作为候选MART底物，或SETDB1作为PARP14的直接相互作用因子，表明MARylation可能代表对组蛋白甲基化动力学的另一个先前被低估的控制层。定义这些机制是理解ADPRylation如何整合到表观基因组调节网络中的重要前沿。然而，目前这些例子大多仍基于候选，明确MART依赖的机制控制甲基转移酶或去甲基化酶活性仍然有限。建立MARylation是否直接调节甲基化组相关酶（如PRMT1、KMT2A或SETDB1）将需要位点水平映射、生化验证和功能性染色质分析。
**3.4 染色质重塑因子：MARTs在核小体重塑水平**
ATP依赖性染色质重塑复合物，包括SWI/SNF (BAF)、ISWI、CHD和INO80家族，定义了染色质可及性的景观。虽然蛋白质组学研究已证明这些复合物中PARP1-ADPRylated蛋白的富集，但一个更精细的调节层正在浮现。新兴证据表明，位点特异性MARylation作为一种精确信号传导模式，调节这些分子机器的组装和基因组靶向。例如，Gibson等人确定了BAF和CHD复合物的亚基作为高分辨率蛋白质组学（如PARP3 ADPRylated蛋白质组）的候选靶标。更近期，García Fernández等人证明，直接组蛋白ADPRylation影响染色质结构，在DNA损伤附近触发可及性。响应DNA损伤，早期急性PAR信号普遍存在，随后是更渐进和持续的MAR波。瞬时PAR用于触发染色质松弛，而开放染色质状态的维持由更持久的MAR信号维持。在这些背景下，MARylation可能作为生化“支架”稳定复合物-DNA相互作用，或者相反，作为“开关”防止过早招募重塑因子到特定增强子元件。通过调节这些主复合物的活性和组装，MARTs提供了一层表观基因组可塑性，允许染色质可及性的快速转变。
**4 MARylated核小体：扩展表观基因组景观**
组蛋白是核ADPRylation最丰富和多样的底物之一，在所有四个核心组蛋白（H2A、H2B、H3和H4）和连接组蛋白H1上均鉴定出修饰。虽然组蛋白的PARylation是DNA修复的标志，其中丝氨酸残基是主要的受体位点，但PARP1和PARP2也可以通过其与组蛋白PARylation因子1（HPF1）的相互作用在丝氨酸残基上产生组蛋白MARylation。HPF1与PARP1/2完成一个复合活性位点，并将受体特异性重定向向丝氨酸残基，使丝氨酸MARylation成为DNA损伤反应期间主要的组蛋白相关信号。重要的是，HPF1依赖的丝氨酸MARylation不应仅被视为向PARylation链形成的起始步骤。当前证据支持一个模型，其中HPF1促进丝氨酸连接的MARylation，而延伸成更长的PARylation链需要HPF1从PARP1/2复合物动态解离。因此，丝氨酸MARylation可以作为一种离散的信号修饰本身起作用，扩展了组蛋白ADPRylation的库，超越了经典的PARylation依赖性染色质重塑。此外，PARP3已被报道感知切口核小体并促进组蛋白H2B在Glu 2处的位点特异性MARylation，提供了在DNA单链断裂背景下MART依赖性修饰染色质的例子。除了DNA修复，ADPRylation还可以对染色质施加更广泛的调节效应。例如，Huang等人证明，PARP1介导的组蛋白H2B在Asp 51处的ADPRylation发挥重要的调节作用，在全基因组范围内抑制p300介导的H2B乙酰化。这些发现强调了局部位点特异性ADPRylation事件如何传播以影响其他组蛋白修饰，并在系统水平重塑染色质状态。虽然这个例子由PARP1依赖性PARylation驱动，但它提出了一个有趣的可能性，即位点特异性MARylation可能类似地协调与邻近翻译后修饰的交叉，从而以高度靶向的方式调节染色质功能和基因表达。其中一个例子是组蛋白H3在Arg 117处的MARylation（H3R117）。Ling等人首先通过使用LoVo细胞的质谱法鉴定出这种MARylation，并发现该修饰促进该结肠癌腺癌细胞系的增殖。H3R117 MARylation被发现与p300相关。虽然未提出明确的机制，但表明H3R117 MARylation增强p300的招募/相互作用和对β-连环蛋白的活性，导致其过度乙酰化，进而上调关键致癌蛋白c-Myc和CyclinD1的表达。Wang等人更近期的研究表明，H3R117还通过IGFBP1介导结直肠癌中的脂肪生成。在这种情况下，H3R117的MARylation增加了H3K9me2、HP1和DNMT1在IGFBP1启动子处的富集，导致该位点的高甲基化和LoVo细胞中IGFBP1表达降低。尽管取得了这些进展，但仍存在一个关键空白：负责催化这种组蛋白MARylation事件的特异性PARP酶尚未明确鉴定。这一限制阻碍了对这些修饰如何调节、如何靶向特定基因组位点以及如何与其他表观基因组途径整合的机制见解。鉴于PARP/MART家族的多样性及其不同的核功能，很可能多种酶以上下文依赖的方式贡献于组蛋白MARylation。定义负责这些标记的酶代表一个重要的且 largely unexplored 的前沿。此外，鉴定H3R117 MARylation的“写入器”是理解该修饰的关键先决条件。解决这些空白对于建立组蛋白MARylation作为真正的表观基因组机制，以及理解该修饰如何在正常生理和疾病中塑造染色质状态和基因表达程序至关重要。
**5 映射ADPRylated基因组：定义ADPRylation的表观基因组景观**
ADPRylation作为一种不仅对蛋白质而且对DNA本身的可逆修饰的发现，显著扩展了我们对表观基因组景观的理解。PARP1、PARP2和PARP3可以ADPRylate磷酸化的DNA链断裂末端，包括5‘-和3’-末端磷酸基团，以断裂结构依赖的方式。尽管DNA ADPRylation的生物学功能仍在定义中，但当前证据表明它可能影响DNA修复途径选择、断裂加工和染色质相关修复事件的协调。因此，DNA ADPRylation将ADPR信号传导的表观基因组范围从基于蛋白质的染色质调节扩展到在基因组损伤位点直接化学修饰核酸结构。此外，定义MARylation和PARylation在整个基因组中发生的位置对于理解ADPRylation如何调节DNA修复、转录、染色质可及性和高阶基因组组织至关重要。重要的是，对ADPRylation如何塑造表观基因组的完整机制理解将需要高分辨率基因组映射ADPRylation标记及其相应的“写入器”、“擦除器”和“读取器”，以及系统询问这些景观如何响应PARP/MART活性的化学抑制。这种整合方法将能够预测功能调节机制，并揭示位点特异性ADPRylation如何在不同的生物学背景下对基因控制做出贡献。
**5.1 研究染色质相关ADPRylation的初始基因组映射**
为了解决这一挑战，研究人员开发了一系列不断增长的亲和纯化和富集为基础的基因组技术，主要围绕染色质免疫沉淀（ChIP）和相关方法。早期突破建立了染色质相关ADPRylation的基础地图。“Click-ChIP-seq”结合了类似物敏感的PARP1（asPARP1）和可点击的NAD
+类似物，证明PARP1依赖的ADPRylation在转录活性启动子处富集，并与PARP1、NELF和RNA聚合酶II共定位。此外，利用Af1521宏结构域和WWE结构域的ADP-核糖特异性染色质亲和纯化（ADPr-ChAP）能够对H
2O
2诱导的氧化应激响应进行全基因组ADPRylation分析。最近使用PAR ChIP-seq的映射工作强调了ADPRylation在基因组“热点”处的保护作用。PAR ChIP-seq鉴定出神经元增强子作为ADPRylation的主要位点，将其标记为内源性DNA单链断裂修复的关键区域。这种保护作用进一步由激酶（如ATM）协调，调节PARylation水平以防止RNA-DNA杂合体的积累，从而确保高速转录活动不损害基因组完整性。总的来说，这些研究提供了第一个证据，表明ADPRylation在基因组上空间组织，并与活跃的转录调节密切相关。随着该领域的发展，ADPRylation作为结构和调节染色质支架的功能作用变得越来越明显。PAR ChIP-qPCR研究表明，PARylation稳定CTCF占用并维持维持病毒潜伏期所需的高阶染色质环。同样，在雄激素受体信号传导中，ADPRylation通过ADPR“写入器”和“读取器”之间的协调相互作用促进转录共调节复合物的组装。新兴研究也开始揭示ADPRylation与其他表观基因组途径之间的广泛交叉。一个显著的例子是组蛋白H3R117的MARylation，它促进DNA去甲基化酶TET1的招募或“捕获”，将组蛋白ADPRylation与DNA甲基化动力学联系起来。此外，其他组蛋白ADPRylation位点（如H2BE35和H2BD51）已被证明分别是邻近AMPK介导的组蛋白磷酸化和p300介导的组蛋白乙酰化的有效调节因子。对于后者，这些效应在全基因组范围内观察到。在细胞核之外，线粒体类核的ADPr-ChAP-seq映射鉴定了一个由NEURL4和线粒体PARP1调节的特化线粒体ADPRylation景观，暗示ADPRylation在线粒体转录控制和代谢稳态中的作用。
**5.2 映射ADPRylated基因组的技术挑战**
尽管取得了这些开创性进展，但主要的技术和概念挑战仍然限制了对ADPRylation基因组景观的全面理解。许多现有研究依赖于急性PARP过度激活的条件（如用H
2O
2处理），导致基础和生理ADPRylation景观定义不清。ChIP方法中常用的甲醛也可能有问题，因为它可能导致PARP1的虚假激活和PAR积累的大幅增加。此外，ADP-核糖键固有的瞬态和易变性质使基于染色质的测定复杂化，因为标准裂解和超声处理程序可能导致修饰的快速丧失。在基因组工作流程中，诸如在染色质分离前使用PARG抑制剂预处理等策略可能改善ADPRylation的保存。重要的是，大多数当前富集方法依赖于广谱ADP-核糖结合试剂或泛ADP-核糖抗体，这些试剂不能可靠区分MARylation和PARylation，严重限制了我们对MART特异性染色质调节的理解。尽管最近开发了几种泛MAR检测试剂，包括工程化的ADP-核糖结合宏结构域和MAR选择性抗体（有些特异性识别修饰的丝氨酸残基），但这些试剂尚未系统验证用于全基因组染色质谱分析应用，它们在ChIP-seq等测定中的性能仍 largely unexplored。此外，由于ADPRylation通常是一种低丰度修饰，基于ChIP的富集策略通常遭受高背景信号、低文库复杂性和高重复率。新兴的不依赖于生化富集的技术，如靶标和标签切离（CUT&Tag）及相关低背景染色质谱分析方法，可能有助于克服这些限制，并显著提高灵敏度和分辨率。它们还具有消除甲醛交联的优势。
**5.3 高分辨率ADPRylation表观基因组学的未来方向**
因此，从粗放的生化观察到日益复杂的基因组景观，下一个发现阶段将需要开发高分辨率映射技术，能够解析位点特异性MARylation和PARylation及其相关的调节酶。将基因组定位数据与蛋白质组学、化学生物学和药理学扰动研究相结合，对于定义ADPRylation如何在系统水平上控制转录程序和染色质状态至关重要。最终，对ADPRylation及其写入器、擦除器和下游效应器的全面基因组映射将是建立将ADP-核糖信号传导与表观遗传调控和基因组控制联系起来的机制框架所必需的。
**6 PTM-on-PTM调节：ADPRylation作为蛋白质信号传导的调节因子**
ADPRylation并非孤立地发挥作用，而是在一个高度互联的翻译后修饰网络中运作。蛋白质组范围的分析表明，ADPRylation位点经常出现在其他调节性PTMs附近，特别是磷酸化。值得注意的是，Gibson等人证明，磷酸化位点，以及较小程度上的其他PTMs，通常位于或靠近蛋白质组中的ADPRylation位点，表明ADPRylation被战略性地定位在调节活动中心。这些发现表明高度的交叉，并支持一个模型，其中ADPRylation既作为蛋白质活性的局部调节因子，又作为信号传导交叉的协调因子，特别是在与激酶驱动途径的合作中。这种相互作用的一个显著例子来自组蛋白H2B的研究，其中PARP1在Glu 35处介导的ADPRylation在脂肪形成过程中直接影响相邻Ser 36残基的磷酸化。Huang等人表明，H2B Glu 35处的ADPRylation阻断Ser 36处的磷酸化，从而抑制脂肪细胞分化所需的转录程序。这项工作强调了ADPRylation通过位点特异性机制调节邻近PTMs以控制染色质功能和基因表达。一个最近描述的PTM交叉例子是杂合ADP-核糖-泛素修饰（MAR-Ub），其中泛素直接与蛋白质连接的ADP-核糖部分结合，而不是与蛋白质底物上的经典赖氨酸残基结合。早期研究通过WWE结构域对ADP-核糖结构的识别，将ADPRylation与泛素依赖性信号传导联系起来。随后的生化和结构研究表明，DELTEX家族E3连接酶可以以ADP-核糖为底物进行泛素转移，通过其DTC结构域结合底物蛋白上的MAR，并通过其RING结构域泛素化MARylated底物。这种杂合修饰的化学性质通过证明泛素通过酯键直接与蛋白质结合的MARylation连接而进一步定义，建立了MAR-Ub作为一种独特的杂合PTM。非水解性MAR-Ub试剂的开发使得鉴定RNF114作为MAR-Ub读取器成为可能，支持存在专门的识别机制，并暗示存在更广泛的MAR-Ub写入器、读取器和擦除器网络。鉴于组蛋白是ADPRylation和泛素化的既定底物，并且这两种修饰都调节转录、DNA修复和染色质结构，MAR-Ub可能为染色质相关信号传导增加另一个复杂性层。然而，MAR-Ub在染色质上的基因组分布、调节酶和功能后果仍然是未来研究的重要领域。虽然研究主要关注PARP1介导的PARylation，但它们提出了一个有趣的可能性，即类似的交叉机制可能由MARylation介导。鉴于MARylation的位点特异性和新兴调节作用，MARTs同样可能影响邻近的PTMs，如磷酸化、乙酰化或甲基化，以精细调节蛋白质功能和染色质动力学。然而，此类机制的直接证据仍然有限。定义MARylation如何与其他PTMs交互是一个重要的且 largely unexplored 的前沿，有可能揭示基因调控中组合信号传导的新原理。
**7 可调信号：水解酶对MARylation的动态控制**
功能性表观基因组信号传导系统的标志是可逆性，ADPRylation是一种高度动态和可逆的翻译后修饰，不仅由PARP“写入器”调节，也由一组多样化的充当“擦除器”的水解酶调节。该途径的可逆性主要由ADP-核糖基受体水解酶3（ARH3）控制，它作为丝氨酸连接的MARylation的主要水解酶。多ADP-核糖糖苷水解酶（PARG）有效水解PAR链内的核糖-核糖键，而ARH3去除末端丝氨酸连接的MAR，从而完成上述HPF1-PARP1/2-ARH3调节轴。蛋白质组范围的研究进一步支持该模型，表明HPF1和ARH3对细胞丝氨酸ADP-核糖基组施加相反效应，HPF1促进，ARH3在许多核底物上逆转该修饰。纳入这个轴对于区分丝氨酸MARylation与经典PARylation和MART依赖性MARylation，以及理解组蛋白ADPRylation如何在染色质上动态安装和移除至关重要。相比之下，其他酸性残基上的ADPRylation，如谷氨酸和天冬氨酸连接的MARylation，由一组不同的含宏结构域的水解酶逆转。MacroD1、MacroD2和TARG1/OARD1已被证明水解来自谷氨酸和天冬氨酸残基的酯连接ADP-核糖，因此是组蛋白和其他染色质相关蛋白上酸性残基ADPRylation的主要候选擦除器。因此，不同的ADPR受体化学由不同的擦除器系统控制：ARH3主要逆转丝氨酸连接的MARylation，而MacroD1、MacroD2和TARG1/OARD1调节谷氨酸/天冬氨酸连接的ADPRylation。这种区别对于理解组蛋白ADPRylation如何在染色质上动态安装和移除很重要。这些酶确保对ADP-核糖信号传导的严格控制，对于维持蛋白质组和染色质稳态至关重要。由这些擦除器介导的MARylation标记的快速周转允许细胞对其转录反应保持高水平的时序控制。PARP14提供了一个整合ADPRylation信号传导的有趣例子，已被证明同时作为MARylation的写入器、读取器和擦除器。在这项研究中，Torreta等人证明，PARP14通过其C端催化结构域催化靶蛋白的MARylation，而其串联宏结构域模块使其能够识别和结合ADP-核糖修饰。引人注目的是，这些宏结构域之一也表现出水解酶活性，允许PARP14从底物上移除MAR，且无氨基酸选择性，对PAR无活性。这种多功能结构使PARP14能够同时安装和解读MARylation标记，以及动态逆转它们，将PARP14定位为ADP-核糖信号传导的独立调节因子。这种写入、读取和擦除活动在单个蛋白质内的耦合表明一种高度局部化和可调的调节模式，其中PARP14可以精确控制MARylation依赖性信号传导事件的时序、幅度和特异性。由于这些标记的写入器（PARPs和MARTs）使用NAD
+作为唯一底物，整个系统本质上与细胞代谢相关联。由饮食、衰老或压力驱动的核NAD
+水平波动直接调节ADPRylation信号的强度。这种整合允许细胞感知其能量健康状态，并将该信息转化为表观基因组上的广泛变化。例如，高NAD
+水平可能促进允许性的ADPRylated染色质状态，有利于快速基因诱导，而NAD
+耗竭可能导致这些标记的丧失和向表观基因组沉默的转变。尽管已鉴定出多种MAR水解酶，但其底物特异性、基因组靶向以及与单个PARP酶的协调仍知之甚少。特别是，水解酶如何被招募到特定染色质位点，或者它们如何选择性地逆转定义核底物上的MARylation，在很大程度上是未知的。这一空白在MART驱动信号传导的背景下尤其相关，其中位点特异性MARylation被提议调节转录因子和染色质调节因子。定义MAR水解酶如何与核PARPs相互作用，对于理解ADPRylation的动态调节以及将MARylation建立为完全可逆和可调的表观基因组信号至关重要。
**8 下一个前沿：将基因组的MARylation转化为临床行动**
虽然PARP1/2抑制剂的临床成功通过合成致死性革新了BRCA1/2突变癌症的治疗，但MARTs的治疗性开发代表了一个独特且正在兴起的前沿。已经开发了几种高选择性和高 potency 的MARTs化学抑制剂，包括PARP 7、10、11、14和16的抑制剂，所有这些抑制剂对目标MART的效力都比其他家族成员高≥10倍。高度选择性的PARP7、PARP14和PARP16抑制剂已被用于探索各种生物系统中MARTs的生物学。核MARTs的失调是癌症、炎症和代谢疾病的常见特征，使它们成为治疗干预的有前景靶点。在肿瘤学中，PARP7和PARP14经常过表达，并被肿瘤细胞用来抑制cGAS-STING-干扰素途径，从而逃避抗肿瘤免疫。针对这些酶的选择性小分子抑制剂的开发，如PARP7抑制剂RBN-2397，在临床前模型中通过恢复I型干扰素的产生和增强T细胞向肿瘤的招募显示出显著前景。除了癌症，PARP14在Th2型免疫反应中的作用使其成为治疗过敏性哮喘和其他慢性炎症性疾病的潜在靶点。迄今为止，靶向PARP7和PARP14的选择性抑制剂已进入I期临床试验，突出了对MARTs进行药物治疗的日益增长的兴趣。然而，这些努力仅代表初始步骤，需要更多工作来充分挖掘MARTs的治疗潜力。重要的是，靶向核MARTs提供了优于传统PARP1/2抑制剂的独特临床优势，后者主要靶向DNA修复，并可能导致显著的血液学毒性。此外，MART抑制剂越来越多地被视作免疫调节剂和表观基因组药物。因此，通过选择性抑制MART介导的表观基因组调节，可能以更高的精度和更少的副作用重编程患病细胞的转录景观。例如，通过破坏MARylation依赖的转录程序制动器，如PARP7介导的干扰素信号传导抑制或PARP14驱动的致癌支架，这些小分子可以重编程肿瘤微环境。这些药物提供了不仅直接阻止肿瘤生长，而且使冷肿瘤对现有免疫疗法敏感化的潜力，有效将生化细微差别转化为强大的临床工具。
**9 结论与展望：定义ADPRylation和表观基因组的未来**
核ADPRylation的研究正在经历一个根本性的范式转变。历史上，我们的理解被PARylation的快速、
