泛素化修饰是调控真核细胞表观遗传状态的关键机制之一。核小体组蛋白上特定位点的单泛素化，如H2AK15、H2AK119、H2BK120，在DNA损伤修复、转录沉默及基因激活等核心生命过程中发挥不可或缺的作用。去泛素化酶（DUBs）则负责精准地移除这些泛素标记，其活性在复杂的天然染色质环境中受到严格调控。
尽管传统的泛素活性探针已在去泛素化酶的全局性鉴定与催化机制解析中广泛应用，但它们面临一个关键局限：缺乏真实的底物环境。这些探针无法模拟蛋白质所处的天然核小体环境，也缺乏位点特异性信息，因而难以用于研究依赖染色质环境的核小体DUBs，限制了我们对表观遗传调控深层机制的探索。
最新科研速递
2026年2月7日，上海交通大学药学院艾华松课题组、清华大学药学院秦为课题组与清华大学化学系刘磊课题组合作，在化学领域顶级期刊 《美国化学会志》（JACS）上发表了题为“Development of Substrate-Directed Activity-Based Probes via Disulfide-Trapping for Site-Specific Interrogation of Nucleosomal Deubiquitination”的研究论文。该研究创新性地开发了一种基于二硫键捕获机制的底物导向型核小体去泛素化酶活性探针。这一新型探针巧妙地解决了传统工具的不足，兼具抗水解稳定性与底物环境特异性，成功实现了在天然核小体环境下对位点特异性去泛素化酶的精准捕获与机制解析，为表观遗传学领域的研究提供了新型化学工具。
研究内容
该研究采用“底物模拟 + 二硫键捕获”的设计策略：在泛素化组蛋白的异肽键结构上引入2,2′-二硫代二吡啶活化的巯基乙基修饰，既模拟天然核小体底物的结构特征，又通过稳定的异肽键类似物抵抗DUB的水解。当DUB的催化半胱氨酸靠近探针时，发生特异性二硫键交换反应，形成共价复合物，实现靶向捕获。
图1. SD-NucDUB-ABP捕获去泛素酶（DUBs）并应用于组学研究和XL-MS的示意图
该探针平台具有良好的通用性与可拓展性。针对DNA损伤修复相关位点H2AK15Ub，研究团队合成了H2AK15UbAT核小体探针，在经X射线照射的HeLa细胞核裂解液中筛选并验证USP3为其天然去泛素化酶，并利用交联质谱（XL-MS）绘制了USP3与核小体、泛素之间的空间互作网络。该策略进一步拓展至转录沉默相关的H2AK119Ub与基因激活相关的H2BK120Ub位点，分别成功捕获USP16、Ubp10等特异性DUBs，并证明其适用于完整核小体及H2A-H2B二聚体等多种底物形态。
该研究突破了传统泛素探针在染色质环境中的应用限制，实现了在核小体底物环境下对位点特异性去泛素化酶的蛋白质组学筛选与机制解析。该工具可广泛应用于鉴定不同泛素化位点的特异性DUBs，为阐明表观遗传调控的分子机制、挖掘疾病相关靶点提供支持，在肿瘤表观遗传、DNA损伤修复等领域具有重要应用前景。
致谢
上海交通大学药学院艾华松副教授，清华大学药学院秦为助理教授和清华大学化学系刘磊教授为本文共同通讯作者。清华大学生命学院博士生何藻蓁，药学院博士生霍苑桐和博士后张艳玲为论文的第一作者。清华大学生命学院博士生陶仕贤，化学系博士后邓智亨，本科生兰欣雨，蛋白质化学与组学平台邓海腾教授，田晓琳，韩萌和上海交通大学药学院博士生刘云为本文提供了重要实验帮助。艾华松课题组得到了国家自然科学基金青年基金、上海市自然科学基金、上海市药物靶标发现及递送前沿科学研究基地面上项目、上海交通大学“2030”C类项目等基金支持。秦为课题组得到了国家高层次海外人才计划，国家重点研发计划青年科学家项目，国家自然科学基金重大研究计划培育项目，面上项目，青年基金项目，中国博士后面上项目，北京市自然科学基金青年重点项目，清华-北大生命科学联合中心，清华大学笃实计划，北京生物结构前沿研究中心，北京分子科学国家研究中心开放课题基金，深圳市医学研究基金等基金支持。
科学家小档案
秦为清华大学药学院
秦为博士2014年本科毕业于北京理工大学生命学院，2019年毕业于北京大学前沿交叉学院，获博士学位。博士期间师从北京大学化学与分子工程学院王初教授和陈兴教授，发展了一系列化学蛋白质组学策略研究O-GlcNAc糖基化修饰和衣康酸修饰。2019年到2023年在美国斯坦福大学从事博士后研究工作，合作导师为著名化学生物学家Alice Y. Ting教授, 从事邻近标记等化学生物学研究。在此期间发展了具有时空分辨率的功能性邻近标记技术，实现亚细胞区域内特定蛋白类型的大规模分析。同时发展了针对蛋白质空间动态转运的新型邻近标记技术TransitID，并利用该方法首次实现了细胞内不同细胞器之间以及细胞细胞之间蛋白转运的大规模分析。秦为博士于2023年3月加入清华大学药学院展开独立研究，研究方向为发展化学生物学和蛋白质组学技术，以及探索宿主病原体相互作用界面中生物大分子的动态修饰和相互作用。
科学家小档案
艾华松上海交通大学药学院
艾华松，上海交通大学长聘教轨副教授、课题组长、博士生导师。本科毕业于清华大学药学院，博士毕业于清华大学化学系，师从刘磊教授。长期聚焦染色质泛素化的化学构建与功能机制研究：1）发展系列化学 handle 辅助的位点特异性泛素化组蛋白合成策略，突破染色质泛素化精准构建的核心技术难题；2）开发多种基于酶学反应机理的化学捕获探针，系统搭建染色质泛素化与去泛素化机制研究的方法学平台，阐明了泛素 E3 酶/DUB 的底物识别与活性选择性机制；3）依托精准构建的染色质体系，揭示疾病相关的染色质泛素化的新型调控机制。共发表论文 40 余篇，主持国家自然科学基金青年基金、上海市自然科学基金、中国博士后科学基金特别资助（站前）等项目。入选上海市科学技术委员会入库专家，清华大学“水木学者”计划，美国芝加哥大学生化与分子生物学系访问学者，上海交通大学转化医学国家重大科技基础设施（上海）访问学者，担任 Nat. Chem.Biol.，Nat. Struct. Mol. Biol.，J. Am. Chem. Soc.，Nat. Commun.等期刊审稿人。
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