蛋白质翻译后修饰在细胞的调控中起着重要的作用，目前已报道的蛋白质翻译后修饰类型多达400余种，其中包括磷酸化修饰、酰基化修饰、泛素化修饰、甲基化修饰等，它们通过改变蛋白质自身活性、亚细胞定位、蛋白质间的相互作用，从而动态调控了多样化的生物进程。探讨蛋白质翻译后修饰在生物进程中的变化规律是“后基因组时代”生物化学研究的主要目标之一。　　翻译后修饰蛋白质组学主要利用蛋白质组学分析技术对翻译后修饰蛋白质及其位点进行鉴定，对未知修饰的化学结构进行确认，及对不同生理状态下翻译后修饰的变化情况进行定量分析。　　第一部分工作（第2章）中我们介绍了一种基于单克隆抗体的甲基化亲和富集策略。首先我们构建了针对精氨酸非对称二甲基化、赖氨酸二甲基化及赖氨酸三甲基化修饰的单克隆抗体，并通过高分辨质谱技术在人源细胞及人组织样本的328蛋白质上富集到1，112个二、三甲基化位点，其中有740个甲基化位点是未被报道过的。通过对精氨酸甲基化序列模体聚类，我们发现甲基化精氨酸附近丝氨酸残基富集。接着我们证明了精氨酸甲基化修饰与丝氨酸磷酸化修饰相互作用，及发现精氨酸甲基化修饰可能影响了激酶对于附近丝氨酸底物的选择性。同时，我们发现虽然许多丝氨酸激酶底物的模体序列中富含精氨酸残基，但是甲基化精氨酸附近的丝氨酸残基更多的是PKC激酶家族的底物。最终，我们证明了Dyn1R796是PRMT8甲基化转移酶底物，Dyn1SER795是PKCα激酶底物，并且发现在体内及体外Dyn1Arg796di抑制Dyn1Ser795ph，而这种调控直接影响了Dyn1的亚细胞定位。由于目前认为精氨酸甲基化修饰是一种比较稳定的翻译后修饰类型，这可能意味着蛋白质甲基化修饰高度调控了细胞信号通路中激酶对于甲基化精氨酸附近的丝氨酸底物的选择性及特异性。　　第二部分工作（第3章）中我们对未知翻译后修饰进行探讨，我们发现目前已报道的赖氨酸翻译后修饰中有一大类是酰基化修饰，而酰基化修饰的供体大都源自于酰基辅酶A。因此我们通过将已知酰基辅酶A的酰基作为候选翻译后修饰添加入修饰库，对人组织样本HCD二级谱图的搜库分析，发现了以赖氨酸羟甲戊二酰化修饰为代表的30种酰基化修饰类型。之后，我们通过合成肽段与内源肽段谱图比对、赖氨酸羟甲戊二酰化修饰单克隆抗体的构建及羟甲戊二酰辅酶A供体的掺入，证明了赖氨酸羟甲戊二酰化修饰的存在。同时，我们通过体外实验验证了SirT5转移赖氨酸羟甲戊二酰化修饰。而后，我们发现在细胞周期中赖氨酸羟甲戊二酰化修饰丰度及亚细胞定位的变化，且H3K56HMG在细胞有丝分裂期丰度降低。同时，我们也发现在小鼠饥饿模型中赖氨酸羟甲戊二酰化修饰丰度升高，而体内羟甲戊二酰辅酶A的丰度也随之上升。最后我们发现ACBP K19HMG影响了ACBP对于长链脂肪酸的结合。　　第三部分工作（第4章）中我们对常见翻译后修饰，磷酸化修饰、乙酰化修饰、泛素化修饰、甲基化修饰进行了生物信息学分析。发现人体中77％以上的蛋白质存在翻译后修饰，且其中51％以上的蛋白质存在两种或两种以上不同类型的翻译后修饰。我们通过对氨基酸序列上临近位点发生两种不同翻译后修饰类型的蛋白质，及同一个位点发生不同翻译后修饰类型的蛋白质的功能注释，发现除了临近位点发生泛素化修饰与乙酰化修饰的蛋白质在翻译水平有富集以外，只有临近位点发生磷酸化修饰及其他翻译后修饰的蛋白质在一些重要的生物进程中高度富集。最后，我们通过对蛋白质序列上发生乙酰化修饰、泛素化修饰、甲基化修饰的氨基酸残基附近的磷酸化修饰位点进行激酶预测，发现这些与其他翻译后修饰临近发生的磷酸化修饰位点多为PKC、DAPK、JAK2激酶家族底物。这暗示着PKC、DAPK、JAK2激酶家族直接参与调控了磷酸化修饰与其他翻译后修饰间的相互作用。