基于镜像酶正交酶切的蛋白质复合物规模化精准分析新方法

蛋白质主要以复合物的形式参与各项生命活动.化学交联质谱(CXMS)技术作为近年来新兴的蛋白质复合物解析技术,不仅可实现蛋白质复合物规模化解析,而且普遍适用于任意相对分子质量和纯度的蛋白质复合物样品,因此已成为X-射线晶体衍射技术、冷冻电镜技术等蛋白质复合物解析经典技术的重要补充.目前,CXMS主要采用胰蛋白酶将交联后的...     

核糖核酸-蛋白质复合物规模化富集与鉴定技术的研究进展

核糖核酸(RNA)在细胞中并非单独存在,从它们产生到被降解的过程中与大量蛋白质发生相互作用,RNA结合蛋白(RNA-binding proteins, RBPs)能与RNA结合形成RNA-蛋白质复合物(RP复合物),并以这种复合物的形式发挥生理功能。RNAs或RBPs任一组分的异常与缺失都会影响RP复合物的正常生理功能,从而导致疾病的发生,如代谢异常、肌肉萎缩症、自身免疫性疾病和癌症。因此,定性定量分析RBPs及其在正常细胞和肿瘤细胞中与RNAs靶标之间的复杂相互作用网络有助于挖掘RP复合物在肿瘤发生发展中的作用,开发肿瘤生物标志物和新的治疗方式。要深入研究和理解RNAs与RBPs的相互作用网络,须依赖组学技术对RP复合物进行大规模鉴定。而作为在组学层面系统性解析RP复合物组成、含量和功能的第一步,大规模富集RP复合物极具挑战性。为了解决这一难题,研究者们发展了各种富集鉴定策略。该文针对RP复合物富集策略的最新进展进行了综述,包括紫外光交联和免疫沉淀(crosslinking and immunoprecipitation, CLIP)及其衍生技术、基于“点击化学”的富集策略和基于相分离的富集策略,比较分析了它们的技术原理、优缺点,以方便研究者们选择合适的策略来解决感兴趣的生物学问题。该文最后总结了当前的RP复合物富集方法仍然存在富集效率低和操作繁琐等亟需解决的技术挑战,为富集策略的发展提供了研究方向。     

活性导向的化学探针在氨基酸反应活性表征中的应用进展

原创药物的研制得益于蛋白质新靶标的发现,而新靶标的发现依赖于高可信度、高通量的药物-蛋白质相互作用分析方法。蛋白质作为生命功能的执行者,其表达量、空间定位与结构差异直接影响药效的发挥。目前,超过85%的蛋白质尚被认为是无法成药的,主要原因是缺少药物分子靶向的空腔以及相应的反应活性位点。因此,基于蛋白质组学层次实现对氨基酸反应活性位点的表征成为原创共价靶向药物设计的关键,也是克服难以成药靶标蛋白问题的关键。近年来,质谱技术的飞速发展极大地推动了基于蛋白质组学技术的药物-靶蛋白相互作用研究。其中基于活性的蛋白质组分析(ABPP)策略是利用活性位点导向的化学探针分子在复杂样品中实现功能状态酶和药物靶标等蛋白质的检测。基于化学探针的开发和质谱定量技术的发展,ABPP技术在氨基酸反应活性表征研究中展现出重要的应用潜力,将助力于药物新靶标的发现和药物先导化合物的开发。ABPP策略主要基于蛋白质的活性特征进行富集,活性探针作为ABPP策略的核心,近年来取得了飞速进展。该文回顾了ABPP策略的发展历程,重点介绍基于广谱活性探针的ABPP技术在多种氨基酸反应活性筛选领域的研究进展,并对其在药物靶点发现中...     

改性介孔材料制备及其对低分子量蛋白质的在线选择富集研究

制备了3种内外表面修饰不同官能团的硅基介孔材料,采用傅立叶变换红外光谱对修饰后材料的官能团进行了表征,并采用高效液相色谱对材料选择性富集低分子量蛋白质的能力进行了考查。3种材料对低分子量蛋白质和小肽均具有选择性富集能力,其中乙烯-二醇材料的富集能力最好。采用乙烯-二醇介孔材料装填预柱,考察了其对低分子量蛋白质的在线富集能力。高分子量蛋白质(卵清蛋白,分子量43000Da)在该预柱上没有保留,在死时间里直接流出柱外,而低分子量蛋白质(胰岛素,分子量5700Da)在该预柱上得到了较好的选择性萃取。保留在柱上的低分子量样品通过提高流动相中的有机相含量进行洗脱。研究工作对低分子量蛋白质和小肽的在线富集提供了一种新技术。     

无序蛋白质在生物分子凝聚相形成与调控中的作用

生物分子凝聚形成生物体内的多种无膜细胞器,其独特的物理化学性质使其具有多样的生物学功能,包括感知外界环境的变化、调节蛋白在细胞内的浓度、调控信号转导途径以及选择性富集特定蛋白质和RNA等。同时,生物分子凝聚相的错误形成与调控会导致多种人类疾病,如神经退行性疾病、癌症和病毒性疾病等。无序蛋白质在生物分子凝聚相的形成和调控中发挥了重要作用。本文通过总结分析无序蛋白在生物分子凝聚相形成中的作用以及化学小分子对生物分子凝聚相的调控,探讨了通过靶向无序蛋白进行配体设计来获得调控生物分子凝聚相化学探针及药物的可能性,并展望了揭示无序蛋白及化学分子调控生物凝聚相机制应重点关注的问题。     

液相表面增强拉曼光谱传感器的制备方法及其核酸检测的应用

本发明公开了液相表面增强拉曼光谱传感器的制备方法及其核酸检测的应用。该传感器包含检测基底和SERS探针两部分。检测基底为四面体DNA探针修饰的磁核枝杈状金壳纳米颗粒,SERS探针为表面修饰有能与目标核酸杂交的特定碱基序列和拉曼信号分子的金纳米颗粒。检测是,将检测基底、SERS探针与待检测液体样品混合,通过碱基互补配对形成"检测基底目标核酸SERS探针"夹心结构复合物,借助外加磁场分离检测液中的复合物并富集后进行SERS测试,利用SERS信号实现了对于血清中核酸的高灵敏、特异性检测,检测限达到f M,可实现在血清等复杂环境中检测核酸标志物。     

基于液质联用技术的蛋白质-蛋白质相互作用研究进展※

蛋白质-蛋白质相互作用调控着细胞内众多生物过程, 蛋白质间相互作用网络的绘制对解析复杂的生物过程至关重要. 面对生物体中复杂的蛋白质-蛋白质相互作用, 液质联用技术不仅具有灵敏度高的鉴定优势, 还可以对数以千计的蛋白质进行定量分析. 因此, 对目标蛋白质进行富集、标记或共分级的处理后, 结合液质联用技术对蛋白质准确而灵敏的鉴定, 这类技术已被广泛应用于复杂样本中蛋白质-蛋白质相互作用网络的解析. 目前基于液质联用技术的几种常用的方式, 包括亲和纯化质谱方法(AP-MS)、近程标记质谱方法(PDB-MS)、化学交联质谱方法(XL-MS)和共分级偶联质谱方法(CF-MS)等. 本综述讨论了这些方法的基本原理、优点和在细胞内解析蛋白质间相互作用的应用.     

用于富集低分子量糖蛋白的多功能磁性纳米材料的制备

低分子量糖蛋白被认为是发现疾病生物标志物的宝库。特异性的萃取吸附剂对这一类化合物的萃取和富集是必不可少的。硼亲和材料在近年来取得了很大的发展,但专门用于选择性富集低分子量糖蛋白的硼亲和材料目前鲜有报道。该文提出了具有多种功能的磁性纳米颗粒(MNPs),用于低分子量糖蛋白的选择性捕获。该多功能磁性纳米颗粒是用硼酸功能化聚合物网络包裹的磁性纳米复合物。该多功能磁性纳米材料是利用磁性的纳米颗粒内核通过在其表面修饰苯硼酸功能团的聚丙烯酸高分子网络链制备得到。该材料不仅具有常规磁性材料在磁分离方面的基本优势,还能提供三重预先设计的先进功能:1)尺寸排阻效应,去除高分子量蛋白质的干扰;2)对低分子量糖蛋白的选择性萃取;3)保护捕获到的低分子量糖蛋白不被降解和污染。该材料的选择性萃取功能来自于硼酸配基与糖蛋白的顺式二醇部分的亲和性,而尺寸限制效应和保护功能则依赖于磁性纳米颗粒表面修饰的聚合物网络,允许低分子量化合物选择性通过。通过实验验证了这些预设的功能,且通过改变聚合物链长可以调节限径效应的阈值。这种多功能磁性纳米复合物可以进一步发展成有前景的纳米探针,不仅可以选择性捕获低分子量糖蛋白,还可以选择性捕获核苷和聚糖等其他具有重要生物学意义的顺式二醇分子。因此,该文报道的材料制备策略为从复杂样品中选择性萃取靶标化合物的多功能吸附剂的设计和合成提供了新思路。     

纳米探针芯片技术用于微量乙肝病毒DNA的检测

利用两组探针修饰的微粒:(1)表面标记有可与待测乙肝病毒(HBV) DNA另一端结合的纳米金探针1(信号探针)以及可与信号探针部分结合的纳米金探针2(检测探针);(2)表面标记有可与待测HBV DNA一端结合的磁珠探针(捕捉探针1).检测靶HBV DNA时,磁珠探针与信号探针在液相中可分别与HBV DNA靶序列一端结合最终形成三明治样结构.再以磁场将三明治样复合物从反应液中分离,以DTT溶液将信号探针从纳米金颗粒上洗脱.洗脱后的信号探针数量反映靶基因的多寡,信号探针一段与预先点样的基因芯片上的捕捉探针2结合,检测探针与信号探针另一段相结合,最后用银染液将检测探针显色从而得到靶目标DNA相对定量信息.结果表明,本检测方法的检测灵敏度达到10-15 mol/L水平.检测时间少于1.5 h,检测结果与HBV DNA水平呈现较好的线性关系且无假阳性结果;本方法有望用于乙肝病人血清中HBV DNA的快速筛测及其它微生物基因的检测.     

基于液相色谱-串联质谱技术的磷酸化蛋白质组学分析

本文运用稳定同位素双甲基化标记技术、固定相金属离子螯合层析(IMAC)技术并结合液相色谱-串联质谱法研究了仙台病毒感染引起的宿主细胞磷酸化蛋白质组变化。实验发现定量的4 289个磷酸化肽段有~20%的蛋白质磷酸化位点发生了显著变化;通路富集分析表明哺乳动物雷帕毒素靶蛋白(mTOR)通路和剪接体(Spliceosome)通路可能参与宿主细胞对病毒的应答;通过对显著变化磷酸化肽段进行基序分析,发现了9个代表性的磷酸化修饰位点基序。本研究方法对于深入解析抗病毒天然免疫信号通路提供了新线索。     

基于3种非天然糖代谢标记的分泌蛋白质组分析性能对比

分泌蛋白质是调控细胞间信号转导的重要生物大分子。由于分泌蛋白的丰度相比于胞内蛋白以及培养基添加剂更低,因此分泌蛋白的高通量鉴定是目前蛋白质组学界研究的热点和难点。目前,基于生物质谱的分泌蛋白质组学分析一般均需要从无血清的条件培养基中获得分泌蛋白质,再对其进行富集和分析。该流程操作步骤繁琐,易造成分泌蛋白质的损失和降解。本工作采用基于生物正交化学生物学技术实现对分泌蛋白质的高选择性标记和高效富集。通过结合点击化学技术,综合评估了分泌蛋白质分析中用于代谢标记的不同糖类似物。采用3种最常用的商品化糖类似物,N-叠氮乙酰甘露糖胺(ManNAz)、N-叠氮乙酰半乳糖胺(GalNAz)和N-叠氮乙酰葡萄糖胺(GlcNAz)分别对HeLa细胞进行代谢标记,之后通过炔基生物素探针对条件培养基中的分泌蛋白进行富集,结合质谱分析来对比3种糖类似物对分泌蛋白的标记效率。最后通过无标定量蛋白质组学分析,系统评估了3种糖类似物用于分泌蛋白质组分析的性能。结果表明,基于ManNAz的分泌蛋白标记方法鉴定到了282个分泌蛋白、224个细胞质膜蛋白以及846个N-糖基化位点;对分泌蛋白的富集效率分别较GalNAz和GlcNAz提高了130%和67.2%;对细胞质膜蛋白的富集效率较GalNAz和GlcNAz分别提高了273.3%和148.7%,体现出了明显的优势。本研究的实验结果为分泌蛋白高选择性富集和系统分析提供了有益的对比分析和新技术策略。     

电喷雾质谱的非共价键蛋白质复合物研究

电喷雾质谱(ESI-MS)已经成为检测和研究生物分子弱相互作用,即非共价键作用的一个重要分析手段.ESI-MS除了具有快速、灵敏、专属的特点以外,还有能够直接得出复合物的分子量和化学计量比的优点.本文通过蛋白质与蛋白质、配体、金属离子的非共价复合物的例子阐述了ESI-MS技术的主要特性,综述了ESI-MS在非共价键蛋白质复合物方面的早期和近期应用研究成果.引用文献34篇.     

我国化学生物学研究新进展

作为化学领域的一门新兴二级学科,化学生物学已经成为具有举足轻重作用的交叉研究领域,是推动未来生命和化学学科发展的重要动力。近年来,我国的化学生物学研究正在以前所未有的速度蓬勃发展,在基础建设、人才培养、研究经费支持等方面都有了长足的进步。尤其是以国家自然科学基金委"基于化学小分子探针的信号转导过程研究"重大研究计划为依托,我国的化学生物学工作者以小分子探针为工具,充分发挥化学与生命科学等多学科综合交叉的优势,对细胞信号转导中的重要分子事件和机理进行了深入的探索,在一些前沿方向上取得了突出的成绩,相关研究结果多次发表在顶级的国际期刊上。本文对近两年来我国化学生物学领域取得的突出进展加以归纳和介绍:(1)基于小分子化合物及探针的研究。利用有机化学手段,通过设计合成一系列多样化的小分子化合物,以这些探针为工具深入开展了细胞生理、病理活动的调控机制、细胞关键信号转导通路及重要靶标、抑制剂和标记物的发现、基于金属催化剂的活细胞生物分子激活等方面的研究;(2)以化学生物学技术为手段,着重发展了针对蛋白质、核酸和糖等生物大分子的合成、特异标记与操纵方法,用以揭示这些生物大分子所参与的生命活动的调控机制;(3)采用信号传导过程研究与靶标发现相结合,以实现"从功能基因到药物"的药物研发模式,发展了药物靶标功能确证与化合物筛选的联合研究策略;(4)以化学分析为手段,发展了在分子水平、细胞水平或活体动物水平上,获取生物学信息的新方法和新技术。这些研究成果极大地推动了我国化学生物学的进步。共引用63篇参考文献。     

小角X光散射在蛋白质及其复合物领域的研究进展

小角X射线散射(SAXS)是能够表征多种形态的样品,解析从原子到几百纳米尺度上微结构的一种重要技术手段.蛋白质复合物正是在这一空间尺度范围表现出了丰富的生理活性.近年来基于分子结构药物设计的飞速发展,极大地促进了SAXS在研究蛋白质复合物中的应用.本文简要介绍了SAXS解析结构的原理、仪器设备和数据采集分析方法.围绕蛋白质复合物的两方面研究热点,溶液中的蛋白构象以及蛋白质复合物中的结构和相互作用解析,对SAXS在该领域的研究进展和一般分析方法进行了综述.     

基于离心式富集装置的酪氨酸磷酸肽分析新方法

酪氨酸磷酸化及其相应激酶活性的研究在抗肿瘤药物靶点的研发中具有重要意义.由于酪氨酸磷酸化仅占蛋白质总磷酸化含量的不足0.1%,因此规模化的酪氨酸磷酸化鉴定面临着重大技术挑战.本研究构建了TiO2串联C18反相填料的离心式富集装置,结合抗体免疫沉淀法,建立了酪氨酸磷酸肽的富集策略.此新型富集装置由吸头、适配器和离心(EP)管组成,将TiO2富集磷酸肽和C18填料反相分离磷酸肽有机结合,以离心的方式进行样品的上样、清洗、洗脱和分离,再通过抗酪氨酸磷酸化抗体进一步特异性富集酪氨酸磷酸肽,从而实现了酪氨酸磷酸肽的高效富集和大规模质谱鉴定.通过离心式富集装置简化了实验步骤,减少了样品损失和人为因素干扰;而且离心式、平行化的样品处理方式可显著提高分析通量.将此策略成功用于小鼠肝脏蛋白质酪氨酸磷酸化肽段的富集和质谱鉴定,在5 mg鼠肝蛋白中共鉴定出967个酪氨酸磷酸化位点,对应545个蛋白质,显示了其在蛋白质组学研究中的应用潜力.     

基于亲和色谱的肺癌细胞磷酸化蛋白质组研究及其应用

磷酸化是蛋白质翻译后修饰的重要形式之一,其异常往往会导致细胞内信号通路的紊乱和疾病的发生。固定化金属离子亲和色谱(IMAC)是磷酸化肽段的高效富集技术,在磷酸化蛋白质组研究方面应用广泛。该研究以金属钛离子(Ti⁴⁺)螯合IMAC材料(Ti⁴⁺-IMAC)为载体,进行磷酸化肽段富集。比较了10 μm Ti⁴⁺-IMAC通过振荡法和固相萃取法(SPE)富集磷酸肽的效果,发现振荡法可以富集到更多的磷酸肽;对比了两种尺寸(10 μm和30 μm)Ti⁴⁺-IMAC在磷酸化肽段富集中的差异,发现小尺寸材料富集效果更佳。进一步采用优化的策略比较了不同转移能力肺癌细胞的磷酸化蛋白质组,免标记定量蛋白质组学结果表明,优化的Ti⁴⁺-IMAC方法可以从正常的肺成纤维细胞MRC5、低转移肺癌细胞95C和高转移肺癌细胞95D中分别鉴定到510、863和1108种磷酸化蛋白质,其中317种为3组所共有。该研究共鉴定到1268种磷酸化蛋白质上的7560个磷酸化位点,其中1130个为差异磷酸化位点,文献报道显示部分异常表达的激酶与癌症转移密切相关。通过生信对比分析发现,异常表达的磷酸化蛋白质主要与细胞侵袭、迁移和死亡等细胞迁移方面的功能有关。通过优化磷酸化肽富集策略,初步阐明了磷酸化蛋白质网络的异常与肺癌转移之间的相关性,该方法有望用于肺癌进展相关的磷酸化位点、磷酸化蛋白质及其信号通路研究。     

酪蛋白水解酶ClpP的结构研究与功能干预

酪蛋白水解酶ClpP是一种高度保守的丝氨酸蛋白水解酶,通常与AAA+超家族ATP酶的伴侣蛋白形成复合物调控细胞内蛋白质稳态.化学干预ClpP蛋白水解酶的生物学功能,尤其是小分子激动剂的开发已被证明是治疗多种疾病的有效策略.近年来,本课题组围绕ClpP蛋白酶在结构生物学和化学生物学等研究领域取得了一些重要进展.一方面,通过结构生物学方法解析了金黄色葡萄球菌ClpP(SaClpP)不同状态下的三种构象的晶体结构;并发现SaClpP的功能激活型突变体,增加了对ClpP激动机制的理解.另一方面,针对病原菌和人线粒体ClpP开展小分子激动剂的化学干预研究,开发多类型骨架的ClpP小分子激动剂,实现对不同物种ClpP蛋白酶功能选择性激动,推动以ClpP为靶标的抗菌和抗肿瘤研究.     

基于高通量解析算法的复杂样品重叠气相色谱-质谱信号的快速分析

化学计量学算法为重叠气相色谱-质谱(GC-MS)信号的解析提供了有效手段,但其在计算过程中一般需要将数据进行分段处理,然后只对信号的某些区间进行解析,难以实现真正意义上的高通量分析。该文结合移动窗口目标转换因子分析(MWTTFA)和非负免疫算法(NNIA),建立了一种高通量解析方法。首先,根据所有可能存在的目标组分的标准质谱信息,利用MWTTFA检验复杂信号中存在的组分,并确定目标组分的质谱信息和洗脱时间区域。以得到的质谱信息作为后续计算的输入值,利用NNIA解析得到相应的色谱信息。采用快速升温程序对17种和42种农药混合标准样品的GC-MS信号进行分析,利用所建立的方法可在10 min内得到全部组分的色谱和质谱信息。     

化学生物学解析疾病中O-GlcNAc糖基化功能:研究工具与策略

O-连接β-N-乙酰葡糖胺(O-GlcNAc)糖基化是广泛存在于蛋白质丝/苏氨酸残基的翻译后修饰.这一动态、可逆单糖修饰以位点特异性方式影响底物蛋白的结构和生物学功能,参与调控几乎所有细胞生理过程和重大疾病的演进过程.随着研究深入,O-GlcNAc糖基化生物功能的系统解析需要更多特异、精准的研究工具和糖蛋白质组学研究策略.近年来,化学生物学领域开发了包括小分子糖探针、生物正交糖代谢标记物、化学酶法、特异性抗体和凝集素等多种O-GlcNAc糖基化分析工具和方法,以此为基础进一步发展了O-GlcNAc糖蛋白质组学研究策略.同时,借助高分辨质谱,大量蛋白质O-GlcNAc修饰位点得以鉴定,极大促进了位点特异性O-GlcNAc的生物功能研究.本文综述了近年来这一领域的研究进展,以期为更多化学工具的开发提供依据,为揭示O-GlcNAc糖基化在疾病演进中的功能提供新的研究思路和策略.     

利用肽配体库分析蛋清中低丰度蛋白质组

利用肽配体库技术(CPLL)研究了蛋清中的低丰度蛋白质组。考察了盐浓度和洗脱顺序差异对CPLL富集效率的影响。结果表明:盐浓度越高,蛋清蛋白质溶液的离子相互作用越强。利用洗脱溶液解离差异,采用先HOS(有机水溶液)后尿素CHAPS(3-[3-(胆酰胺丙基)二甲氨基]-1-丙磺酸内盐)的洗脱顺序,溶菌酶能够得到高效分离。保持蛋清的原p H 8.8,25 mmol/L KH2PO4,150 mmol/L Na Cl,尿素CHAPS洗脱,是CPLL提供高效富集的前提。通过分析CPLL富集前后的十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDSPAGE)条带差异,采用线性离子阱(LTQ)质谱在蛋清中检出45种低丰度蛋白质,其中两种未见报道。对蛋清中低丰度蛋白质亚细胞的定位分析发现,蛋清蛋白质的分泌蛋白居多。研究结果表明,CPLL技术能够实现蛋清中低丰度蛋白质的高效富集,分析深度达到亚细胞水平。