泛素（ubiquitin）化修饰在真核细胞中发挥着至关重要的作用,能够调节蛋白质降解、DNA修复、信号传导等多种生理过程。泛素系统的紊乱可能会引起癌症、神经疾病等多种疾病。泛素系统的复杂性与功能性在于泛素可以形成多种泛素链从而实现复杂又多样的生理功能。早期的研究主要集中于同型泛素链,但最近发现细胞中还存在着非常广泛的异型泛素链。在异型泛素链中,一个泛素同时有两个及以上残基被修饰则被称为分支（branched）泛素链。分支泛素链的连接形式更加丰富,可以传递更多的信息。过去通常认为K48泛素链是介导蛋白酶体降解底物的主要泛素链类型。但近几年发现branched K11/K48泛素链在细胞有丝分裂期间和蛋白质量控制系统中介导底物蛋白降解的速率比K48同型泛素链更快。在生物功能方面,研究发现Branched K11/K48泛素链修饰的蛋白质与亨廷顿病等神经退行性疾病的发病机制相关。Branched K11/K48泛素链在细胞中参与的生理过程已经有了比较全面的研究,但关于branched K11/K48泛素链的研究却很少,需要进一步探索。本文选取branched K11/K48泛素链最基本的单元branched K11/K48-tri Ub作为研究对象,通过体外酶连的方法成功制备了branched K11/K48-tri Ub和各种泛素链。本文首先通过核磁共振方法研究branched K11/K48-tri Ub的结构,发现两个distal亚基间可能存在特殊的非共价相互作用,并且这种非共价相互作用导致branched K11/K48-tri Ub中K48-di Ub的两个亚基间的平均距离变远。之前研究表明K48-di Ub在溶液中存在open态和close态两种构象。然后本文运用单分子荧光共振能量转移（single molecule fluorescence resonance energy transfer,sm FRET）技术研究发现与单纯的K48-di Ub的两个亚基的构象相比,branched K11/K48-tri Ub中K48-di Ub的medium-FRET态即open态的比例明显增多,并且我们发现泛素受体Rpn1和Rpn10主要与K48-di Ub的open态结合。通过荧光偏振实验我们发现branched K11/K48-tri Ub与泛素受体Rpn1和Rpn10的结合明显强于K48-di Ub,K11-di Ub与泛素受体Rpn1和Rpn10的结合较弱。这表明:在branched K11/K48-tri Ub中,K11位泛素化修饰在K48-di Ub上,使它的open态比例增多导致了其与泛素受体Rpn1和Rpn10的结合增强。因为去泛素化酶（Deubiquitinase,DUB）也能调控26S蛋白酶体对底物的降解,我们选取了两个典型的DUB（OTUB1和UCH37）来分别降解branched K11/K48-tri Ub和K48-di Ub,我们发现branched K11/K48-tri Ub不能抑制OTUB1的降解,但UCH37可以加快branched K11/K48-tri Ub的降解。以上结果表明branched K11/K48泛素链可以通过增强与泛素受体的结合以及被DUB高效降解从而促进蛋白酶体对泛素化底物的降解。综上所述,我们整和运用多种生物物理学方法研究了branched K11/K48-tri Ub的动态结构,并且揭示了branched K11/K48泛素链相对于K48泛素链增强底物被蛋白酶体降解的分子机制。了解泛素链的结构以及调节生理功能的分子机制,有助于我们理解复杂的泛素密码,揭示细胞中信息传递的基本原理。