微管是细胞骨架的成员之一，是由α-微管蛋白和β-微管蛋白的异二聚体为基本单位组成的中空长管状结构。尽管α-和β-微管蛋白在真核细胞中都非常保守，但微管参与或调节的细胞生命活动却是多种多样，包括胞内物质运输、细胞迁移、有丝分裂中染色体的分离以及上皮细胞和神经元的极性建立和维持等等。微管的动态不稳定性，即微管在细胞中时刻处于聚合和解聚动态平衡的特性，是它执行所有细胞功能的基础。微管动态不稳定性除了受各种微管结合蛋白的调节之外，还受到微管蛋白上多种翻译后修饰的调节，包括乙酰化、去酪氨酸化、多聚谷氨酸化以及最近发现的多聚酰胺化和赖氨酸甲基化等。在此之外，微管蛋白是否受到其他新型翻译后修饰的调节，仍值得探索。　　SUMO化修饰是一种真核细胞中广泛存在的可逆蛋白质翻译后修饰，在调节基因转录、蛋白质定位和运输等方面具有重要功能。近年来发现肌动蛋白和角蛋白这两种骨架蛋白上都存在着SUMO化修饰并且可以影响细胞骨架动态性，表明SUMO化修饰在细胞骨架调节方面有重要功能，也暗示了其他骨架蛋白上存在SUMO化修饰可能性。同时，近来蛋白质组学筛选发现微管组成单位微管蛋白是可能发生SUMO修饰的靶标之一。因此，基于上述两个方面的提示，我们探索了微管蛋白上SUMO化修饰的可能性。我们发现，α-微管蛋白在体内可以发生以SUMO1为主的翻译后修饰，同时这种修饰也可以被SUMO特异蛋白酶SENP1所逆转。在冷刺激或药物诱导微管解聚时，α-微管蛋白SUMO化修饰发生显著上调。在细胞中，α-微管蛋白高SUMO化修饰可以引起微管生长速度减慢和微管聚合能力降低。体外微管动态重组实验表明，α-微管蛋白SUMO化修饰促进微管坍塌频率、降低挽救频率。位点筛选实验发现，K304、K166、K40和K326是SUMO化修饰发生的关键位点。α-微管蛋白SUMO化修饰缺失突变体K304和K166能够抑制Neuro-2a细胞突起的生长。这些证据提示，α-微管蛋白上的SUMO化修饰可能是一种对微管动态和相关细胞过程具有重要调节作用的新型翻译后修饰。　　精氨酸甲基化修饰是一种重要的翻译后修饰，对于调节染色体重组、基因转录和可变剪接等多种细胞活动具有极其关键的作用。越来越多研究发现，除了核内的多种功能之外，精氨酸甲基化修饰还大量参与调节细胞质内的多种活动如信号转导、物质代谢等等。近几年有研究发现，微管蛋白上存在赖氨酸的甲基化修饰，同时大规模质谱筛选预测β-微管蛋白上可能存在精氨酸甲基化修饰。我们对微管蛋白上精氨酸甲基化修饰的可能性进行了验证，结果发现细胞和鼠脑中的β-微管蛋白上的确可以发生精氨酸甲基化修饰。体外甲基化酶筛选实验表明，精氨酸甲基化酶PRMT4能够催化β-微管蛋白的甲基化修饰，同时功能研究表明PRMT4能够抑制微管的稳定性。位点筛选实验表明，R318是关键的甲基化修饰位点，甲基化位点突变体R318K可导致微管整合能力下降。尽管在细胞内PRMT4对β-微管蛋白的甲基化尚需进一步验证，但以上证据提示β-微管蛋白精氨酸甲基化修饰参与了微管功能的调节。　　综上所述，我们分别鉴定了α-微管蛋白的SUMO化修饰和β-微管蛋白的精氨酸甲基化修饰，功能研究结果提示两种修饰对微管的动态性都有不同的调节作用。以上两种新修饰类型的发现研究有助于加深我们对微管动态性调节的理解。