ADP-核糖基化（ADP-Ribosylation）是一种机体内广泛存在的翻译后修饰过程。ADP-核糖基化的化学本质是将烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD⁺）中的ADP-核糖基部分与特定蛋白质的氨基酸残基发生共价连接的反应；这一过程在各种生理和病理过程中发挥着至关重要的作用，诸如病原体入侵宿主的过程、DNA损伤反应、癌症发生以及神经系统的病变等。然而，由于生物体内天然存在的ADP-核糖基化的动态可逆性，直接从生物样本中获得具有明确化学结构的ADP-核糖基化多肽和ADP-核糖基化蛋白质非常困难。为此，研究者付出大量的努力发展化学合成ADP-核糖基化多肽及蛋白的方法。但是，由于ADP-核糖基化的多肽同时包含了复杂的核苷结构单元和多肽结构单元，而且标准的多肽固相合成方法不能与核苷酸合成方法很好的兼容，因此目前合成ADP-核糖基化多肽及蛋白通常需要从构建α-糖苷键的氨基酸残基入手，通过复杂的保护基策略和苛刻的焦磷酸化反应来实现，反应步骤繁琐，总收率低。迄今为止，尚未有能利用天然多肽和NAD⁺为原料的化学方法开发出来。

近日，河南师范大学的李凌君教授团队以商品化的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD⁺）为原料，设计了化学O-ADP-核糖基化反应。作者将包含各种功能基团的伯醇和仲醇类化合物立体选择性地连直接连接到ADP-核糖基团上；随后利用醇类化合物上的炔、烯等官能团，设计了click和光促Thiol-ene反应等生物缀合方法，将ADP-核糖基链接至多肽或蛋白质特定的氨基酸残基，简单方便地对多肽/蛋白质进行位点可控的ADP-核糖化。在该方法中，他们首次实现了直接以NAD⁺为原料，以高达94%的收率、88:12至99:1的α:β异构体比例、以及可逆转的构型立体选择性获得目标产物。

利用其发展的高效化学O-ADP-核糖基化反应，作者简化了现有合成生物活性ADP-核糖基化多肽和蛋白的方法。之前，Filippov教授课题组建立从头合成ADPr-炔丙基的方法。他们利用Vorbrüggen型核糖基化反应构建α-糖苷键，接着进行磷酸化、焦磷酸化，以多步反应的路线19%总收率和71:29的α:β异构体比例得到目标化合物。相比之下，作者的方法使用市售的NAD⁺一步生产ADPr-炔丙基，产率89%，α:β异构体比达到97:3；而且该反应无需苛刻的条件，可在普通的生物化学实验室完成。利用该O-ADP-核糖基化反应，合成ADP-核糖基化蛋白质的方法也可被大大简化。作者利用炔丙醇的O-ADP-核糖基化产物，在标准点击化学反应条件下与42-叠氮修饰的泛素进行反应，顺利得到ADP-核糖基化泛素蛋白；并通过质谱、ADP核糖抗体和泛素抗体验证了产物的正确结构。

在此基础上，作者还将该方法用于在未化学修饰的天然多肽和蛋白质上进行ADP-核糖基化。通过NAD⁺与包含末端烯基的醇类化合物的反应，作者以79%–91%的收率获得了ADP-核糖基化烯丙醇型产物。进而，他们又发展了以ADP-核糖基化烯丙醇为原料与半胱氨酸的光促Thiol-ene反应，以定量收率获得目标产物。随后通过化学O-ADP-核糖基化反应和光促Thiol-ene反应的联用，实现了对各种包含半光氨酸残基多肽的直接ADP-核糖基化；并通过Cysteine突变及上述两个反应的应用，在大肠杆菌表达的泛素蛋白质上首次实现了天然蛋白质的定点ADP-核糖基化。

此外，在该研究中作者还利用O-ADP-核糖基化反应研究了ADP-核糖基化多肽与Macrodomain蛋白结合的构效关系，发现了T-型和S-型两类与Macrodomain mH2A1.1具有高亲合力的α-ADP-核糖基化多肽和β-ADP-核糖基化多肽。