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蛋白甲基化修饰是细胞内广泛存在翻译后修饰（Post-translationalmodification,PTM）类型之一，在调控染色质结构和功能、调节基因表达和细胞信号转导中起重要作用。尤其是其中的组蛋白赖氨酸甲基化修饰已经成为科学领域研究的热点，靶向组蛋白赖氨酸甲基转移酶和去甲基酶，如EZH2、DOT1L和LSD1的抑制剂都已经进入临床Ⅱ期研究，对某些特定亚型的血液瘤有显著疗效。目前随着高分辨生物质谱分析手段和抗体富集技术的发展，蛋白甲基化修饰组学研究取得显著进展，有越来越多的甲基化酶底物被发现，为研究各类疾病的治疗机制提供指导。本论文基于生物质谱技术以及特异性抗体富集方法，运用定量蛋白质组和甲基化修饰组学，结合生物信息分析，并利用分子药理学技术手段，系统地研究蛋白质赖氨酸甲基化修饰谱，鉴定非组蛋白赖氨酸甲基化底物，阐述EZH2抑制剂治疗效果差异的机制。并进一步研究了非典型氨基酸甲基化修饰在原核和真核生物中的特性以及组蛋白非典型氨基酸甲基化在疾病中可能参与的表观遗传学调控功能。 EZH2是Polycomb抑制复合物2(PRC2)的核心催化亚基，能通过催化组蛋白H3赖氨酸27(H3K27)甲基化参与抑制基因表达，在癌症治疗中具有潜在的应用前景。EZH2抑制剂EPZ-6438和GSK126已经在弥漫性大B细胞淋巴瘤(DLBCL)和滤泡性淋巴瘤中有良好的治疗效果，尽管如此，临床前和临床证据都表明EZH2靶向治疗在血液和实体肿瘤中部分有效。为了研究EZH2抑制剂治疗效果差异的机制，我们通过基于生物质谱的稳定同位素标记培养细胞(SILAC)的方法，研究和分析对EZH2抑制剂敏感性不同的DLBCL细胞系的甲基化修饰谱和在EZH2抑制剂GSK126作用下细胞系的甲基化修饰谱的异同，鉴定EZH2的底物，探索药物敏感性差异的机制。通过分析不同DLBCL细胞系甲基化修饰谱，共鉴定到144个蛋白赖氨酸单甲基修饰位点，78个赖氨酸二甲基化修饰位点和53个赖氨酸三甲基化修饰位点;在GSK126处理的细胞甲基化发生发展相关。本章系统甲基化修饰组学的研究首次系统性阐明多物种体内不同氨基酸甲基化修饰的差异性分布及独特调控功能，扩大了原核生物和真核生物中甲基化底物的范围，极大地丰富了人们对蛋白翻译后修饰的认知，揭示新型氨基酸的甲基化修饰具有潜在的表观遗传学调控功能，为进一步探索甲基化修饰参与的生物学特性提供了数据资源。 综上所述，本论文通过基于生物质谱的系统性甲基化修饰组学研究，一方面扩大了非组蛋白甲基化底物，鉴定到EZH2潜在非组蛋白底物，首次提出EZH2自甲基化概念，发现了潜在的药物疗效差异的指征;另一方面揭示了非典型氨基酸在生物进化中的保守性和在疾病中的重要性。这些研究结果为药物有效性和疾病治疗机制的研究提供了全局性、系统性的视角和依据。