蛋白质的翻译后修饰包括乙酰化、磷酸化、甲基化、泛素化、糖基化等,这些修饰广泛存在于真核生物中,影响细胞生命活动的各个方面。翻译后修饰的异常与生物体生理功能紊乱和疾病发生密切相关。赖氨酸的氨基酰化修饰是近年来新鉴定到的一种翻译后修饰,由二十种氨酰-t RNA合成酶催化相应的氨基酸连接到底物蛋白赖氨酸残基的ε-氨基上,这种修饰可以帮助细胞感知氨基酸信号来调节自身的生理活动。然而,由于二十种赖氨酸氨基酰化修饰的化学结构和带电性质各异,氨基酸突变模拟修饰基团的方法无法区分不同类别的修饰,并且修饰的“书写器”和“擦除器”对底物蛋白和修饰位点缺乏选择性,因此难以用传统的生物化学和遗传学的方法研究这种修饰。遗传密码扩展技术利用正交的氨酰-t RNA合成酶和t RNA对（常用吡咯赖氨酸氨酰-t RNA合成酶/t RNA对）,特异性识别非天然氨基酸,并将其插入到琥珀终止子UAG位点,可以不依赖于“书写器”,在体内和体外获得天然的、位点选择性的、均一化的修饰蛋白。因此,我们拟利用遗传密码扩展技术来研究该修饰的生物学功能。在本研究中,我们用遗传密码扩展技术研究赖氨酸的苏氨酰化修饰,将苏氨酰化赖氨酸定点插入到激酶AURKA中,通过质谱发现苏氨酰化修饰的AURKA在体外不能磷酸化底物多肽Kemptide,并且,在细胞过表达的修饰的AURKA也无法高效磷酸化底物p53,导致p53的泛素蛋白酶体降解途径受到抑制,这些结果提示我们赖氨酸的氨基酰化修饰对蛋白质的功能有重要作用。进一步利用遗传密码扩展技术引入氨基酰化的赖氨酸（甲硫氨酰化赖氨酸）及其类似物作为化学探针,我们鉴定到了一类全新的泛素化修饰—氨基酰化赖氨酸的泛素化修饰。抗体富集结合质谱分析的结果证实了细胞里广泛存在二十种氨基酰化赖氨酸的泛素化修饰,且这种修饰能够响应蛋白酶体抑制剂的处理。在蛋白质组水平和特定底物水平上,我们都证实了这种泛素化修饰能促进蛋白质降解,并且筛选出了介导这种泛素化修饰的泛素连接酶UBE2W。氨基酰化赖氨酸的泛素化修饰是两种翻译后修饰相互作用的结果,拓展了泛素化修饰的边界。另外,遗传密码拓展技术有望应用于该修饰的机制和功能研究,以及发现细胞中更多的新型翻译后修饰。遗传密码扩展技术以非天然氨基酸的形式产生位点特异性的蛋白质翻译后修饰,弥补了传统的生物化学研究手段的不足,为翻译后修饰机制及功能的研究提供了便捷有效的化学生物学工具。并且,遗传密码扩展技术产生修饰的蛋白质不需要依赖于修饰的“书写器”,通过引入特定的翻译后修饰作为化学探针,结合“自下而上”的质谱分析方法,帮助我们鉴定一些新的修饰,研究复杂的翻译后修饰互作网络。