组蛋白翻译后修饰,包括甲基化、乙酰化、磷酸化、糖基化、泛素化等不仅在核小体的结构和功能调控中发挥着重要作用,而且和很多疾病的发生密切相关。对其调控机制的研究需要均一结构的修饰组蛋白作为分子工具。目前获得修饰组蛋白的方法主要有半胱氨酸介导的蛋白质修饰、非天然氨基酸嵌入表达、化学半合成和化学全合成四种方法。其中,化学全合成方法能实现对分子结构的精确控制,不会受到修饰位点、修饰类型和修饰数量的影响,是获取修饰组蛋白的理想方法,但低的合成效率,通常低于毫克级别,限制了其在组蛋白研究中的运用。为此,本论文的研究工作致力于发展实用的化学全合成方法以高效制备翻译后修饰组蛋白。对于简单修饰(如乙酰化、甲基化)组蛋白的合成,作者发展了基于多肽酰肼连接的“一锅法”合成策略,实现了短时间内修饰组蛋白多毫克级别的制备,在合成效率上有了很大的提高。在合成方法上,对于简单、实用的多肽酰肼连接方法,以对硼酸苄氧羰基(Dobz)作为N端半胱氨酸的活性控制单元,作者首次实现了“一锅法”合成策略,第一次将硼酸官能团运用于蛋白质化学合成中。对于泛素化组蛋白的合成,本研究工作发展了三氟乙酸敏感辅基促进的多肽酰肼连接方法,首次实现了多肽酰肼在非半胱氨酸位点的片段连接。相比于文献报道的方法,新策略大大简化了有机合成步骤,实现了有限时间内泛素化修饰组蛋白H2B(H2B-K34ub和H2B-K120ub)几十毫克级别的制备。运用新方法,作者还首次完成了对修饰组蛋白H2A和H3-K56ac-K122ub的化学全合成,制备了几十毫克的目标蛋白。其中H3-K56ac-K122ub由于乙酰化和泛素化分别位于组蛋白H3的中间区域和碳末端,其它三种方法的合成都存在困难。本研究工作不仅系统地建立了四种核心组蛋白的高效化学全合成方法,实现了翻译后修饰组蛋白几十毫克级别的制备,合成的蛋白分子能在体外成功实现核小体或组蛋白多聚体的组装,能为组蛋白翻译后修饰的结构和功能研究提供足够的蛋白分子,而且发展的合成方法也能为其他蛋白质(如多聚泛素)的制备提供新的合成方法选择。