泛素系统在维持蛋白质稳态中起着关键作用。Jochem等人发表在《自然》杂志上的研究显示，泛素会与细胞中的糖原结合，促使异常形式的糖原被溶酶体降解，而且这种修饰在禁食引发的糖原分解过程中也会发生。

既然泛素系统的调控范围已经显得极为广泛，沃尔特和伊丽莎霍尔研究所的研究人员则进一步深入研究，证实了非蛋白质生物分子也能被直接泛素化。1大约20年前，人们发现泛素能够将整个细胞器作为靶标送入溶酶体降解，这一发现表明它的功能远不止是简单调控蛋白质的清除。2我们实验室的研究表明，非典型的E3连接酶MYCBP2具有广泛的酯化（羟基导向）活性，在体外可作用于甘油和缓冲液成分。3由于泛素介导的途径能处理多种不同大小的物质，再加上泛素结合方式的多样性，人们开始思考：还有哪些物质可以被泛素标记并加以清除？最初，人们发现另一种非典型的E3连接酶RNF213可以将泛素连接到入侵的沙门氏菌表面的脂质LPS上，从而让这些细菌被自噬清除，由此回答了这个问题。4

与此同时，研究人员发现了HOIL-1（RBCK1）缺乏与糖原贮积病之间的关联，因为HOIL-1也具有非典型的酯化活性。5,6HOIL-1缺乏会导致骨骼肌和心脏中多聚葡聚糖的异常积累，严重时甚至需要进行器官移植。Kelsall等人的研究表明，表达某种HOIL-1变异体的小鼠——该变异体替换了E3活性所必需的催化残基——在多个器官中也会出现有毒的多糖沉积。7纯化的HOIL-1在体外也能对糖原的简单碳水化合物模型进行泛素化处理。尽管有这些有力的证据，但要在内源条件下验证这一机制仍需新的方法。8

为了解决这一难题，Jochem等人开发了一种名为非蛋白质泛素切割（NoPro-clipping）的技术，该技术可通过质谱法实现非蛋白质泛素化靶标的富集和检测（见图1）。该方法利用了一种特殊的细菌去泛素化酶，这种酶能够切断倒数第三个键，从而在底物上留下二甘氨酸残留物，随后再通过另一种细菌酶——sortase的转肽作用，将这些残留物与生物素标记的肽段（ClipTag）连接起来。重要的是，这种样品处理方法既能够实现靶标的富集，还能通过纳米流式质谱法进行高灵敏度检测。

图1：NoPro-clipping技术用于富集和检测非蛋白质泛素化。
图1：NoPro-clipping技术用于富集和检测非蛋白质泛素化。此图片的替代文本可能是由人工智能生成的。
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从细胞系和小鼠组织中提取样本后，会去除分子量低于7千道尔的成分。接着用细菌泛素蛋白酶处理样本，这些酶会去除泛素，只留下Gly-Gly结构的泛素残留物。之后进行低分子量组分的分离，再通过细菌Sortase A的转肽反应，将设计的ClipTag连接到非蛋白质泛素复合物上，从而可以通过高灵敏度的纳米流式质谱法对其实现富集和分析（*为二肽键）。

借助HOIL-1的显著基因型-表型关系及其生化活性，Jochem等人开始寻找细胞中的泛素-糖原结合物。他们使用了经过定义的、对应于泛素化寡糖的标准样本，作为开发NoPro-clipping技术的参考。为了便于在细胞中检测，他们首先人为增加了HOIL-1与糖原之间的接触机会。通过α-淀粉酶分解大的糖原分子，泛素化的糖类便可以接受质谱分析，且其光谱与标准样本相符。此外，糖原还与HOIL-1共定位，在多种细胞系中都能观察到泛素阳性染色。

有趣的是，糖原、泛素以及溶酶体标志物LAMP1以E3依赖的方式共定位。在药物诱导溶酶体功能失活的情况下，泛素化的糖原依然保持稳定，这表明泛素化的糖原确实会经历溶酶体降解。接下来，研究人员测试了糖原的异常形式是否更易被泛素化。糖原分支酶GBE1的功能缺陷会导致形成结构特殊、溶解性较差的碳水化合物。当GBE1基因被敲除后，泛素化糖原的水平显著上升，这一现象与HOIL-1的活性以及泛素引导的溶酶体降解共同作用，形成了一个迄今未被充分认识的糖原质量控制机制。另一个有趣的发现是，禁食6小时的小鼠体内糖原的泛素化水平增加了8倍，这说明糖原泛素化在营养压力下葡萄糖的释放过程中起着作用。令人惊讶的是，在这种情况下，估计总泛素池中有约1%与糖原结合。

最后，通过探索性的NoPro-clipping技术，研究人员还发现了泛素化的甘油和精胺。虽然它们的生物学功能尚不清楚，但MYCBP2对甘油的强大作用使其成为潜在的候选连接酶。3

总而言之，这项研究进一步确立了泛素系统的广泛功能，表明非蛋白质的泛素化也是正常生理过程的一部分。不过仍有许多值得探讨的问题：其他E3连接酶能否将泛素连接到糖原上？泛素标签是如何被识别并用来引导糖原进入溶酶体的？又是哪些去泛素化酶——也许是具有特定酯化功能的MJD家族成员，或是通用的USP亚型——能够可逆地调节这一降解过程，从而释放糖原作为能量来源？9这些新发现也为治疗糖原贮积病带来了新的治疗思路，比如开发能够激活HOIL-1的小分子药物。或者，通过利用诱导邻近性药物策略，10或许可以利用其他具有广谱酯化活性的E3连接酶，针对异常糖原及其他致病性非蛋白质生物分子，实现精准的非蛋白质降解。