基于纳米结构材料的磷酸化蛋白/多肽富集和分析

蛋白质磷酸化是最为广泛的翻译后修饰之一。在生物体液或组织中,许多低丰度的磷酸化蛋白和磷酸化肽是具有高度临床灵敏性和特异性的生物标记物,这些生物分子对许多疾病的检测和病理的阐释可能提供重要的信息。因为蛋白质磷酸化动态可逆且磷酸化蛋白丰度很低,所以很难直接从复杂的生物样品中直接检测到磷酸化蛋白和磷酸化肽。纳米结构材料因其大比表面积、丰富的活性亲合位点和特殊结构,在磷酸化肽和磷酸化蛋白的分离和富集方面已经引起了特别的关注,并成为目前磷酸化蛋白质组学富集和鉴定方面的研究热点。许多介孔、磁性、杂化或化学修饰的亲合材料被研发并用于磷酸化蛋白/多肽的富集与分离;此外,一些多功能纳米结构材料也被研发并用于蛋白质组学中磷酸化蛋白/多肽的快速高效的富集提纯。在这篇综述中,我们专注于纳米结构材料在磷酸化蛋白/多肽富集和提纯方面的最新进展。     

磷酸化肽富集新方法研究进展

对组成复杂的生物样品中的低丰度磷酸化肽进行预富集,能够消除高丰度非磷酸化肽等干扰组分,从而提高磷酸化肽在质谱分析中的灵敏度,获得更好的检出和鉴定结果.在磷酸化肽富集过程中,对磷酸化肽具有选择性亲和作用的富集材料是实现对磷酸化肽特异高效富集的关键,多种具有不同类型亲和作用的富集材料已在磷酸化肽富集研究中得到了应用;而在材料形貌、富集操作形式、磷酸化肽富集特异性等方面,研究者们也不断在现有磷酸化肽富集材料的基础上进行多样化的改进.本文分别从不同类型亲和作用的磷酸化肽富集材料以及磷酸化肽富集方法改进两方面,对近年来磷酸化肽富集方法的研究进展进行了评述.     

亲水模式下流动相pH值对磷酸化肽在Click OEG-CD材料上富集选择性的影响

以标准蛋白质α-酪蛋白的酶解液作为研究对象,考察流动相pH值对磷酸化肽在Click OEG-CD材料上富集选择性的影响。首先以磷酸苯二钠作为模型化合物考察流动相pH值对其在Click OEG-CD材料上的保留影响,结果表明当pH值低于磷酸根的pK_a值时,磷酸苯二钠难以电离,与材料的离子交换作用较弱,因而保留也较弱。然后在亲水模式下流动相pH值分别为2, 4, 6时考察Click OEG-CD材料对α-酪蛋白的酶解液中磷酸化肽的富集选择性影响。结果表明,当流动相pH为2时,磷酸化肽不能被材料富集;当pH为4时,磷酸化肽能够被富集,而且洗脱窗口较窄;当pH为6时,磷酸化肽也能够被富集,但是洗脱窗口较宽。因此适合亲水模式下富集磷酸化肽的流动相pH值为4。本研究结果能够为今后将Click OEG-CD材料更好的应用于磷酸化肽富集提供有意义的借鉴。     

聚胍基离子液体材料制备及其对蛋白质识别性能评价

磷酸化修饰是蛋白质翻译后修饰中最为重要的修饰之一,蛋白质的磷酸化修饰几乎参与生命活动的每一个环节。因此,制备对磷酸化蛋白具有选择性识别性能的材料在磷酸化蛋白质组学中具有重要意义。本实验首先合成胍基离子液体功能单体,通过沉淀聚合法合成聚胍基离子液体材料。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析仪(TGA)考察了材料的结构、形貌、热稳定性。结果显示所制备材料为粒径约200 nm的球形颗粒。并以标准磷酸化蛋白(β-酪蛋白)为模型蛋白质,考察了聚胍基离子液体材料的识别性能。研究结果表明:材料对磷酸化蛋白具有较高吸附容量(对 β-酪蛋白的最大吸附量达到599.1 mg/g)、较快的吸附速度(1 h内达平衡),而且对磷酸化蛋白表现出较高的选择性。     

介孔氧化铁材料快速、高效富集分离磷酸化肽段和蛋白的新方法研究

以0.1μmol/Lβ-casein磷酸化蛋白酶解液为对象,利用在酸性条件下对PO43-能够特异性吸附的氧化铁材料为新载体,对介孔氧化铁材料富集分离磷酸化肽段的孵育液酸含量、孵育液有机溶剂含量和洗脱液选择的条件进行了优化,结果表明:室温条件下,在含有0.1%乙酸和30%乙腈的孵育液中孵育5min后,经1mol/LNH3.H2O溶液的洗脱,介孔氧化铁可有效地将磷酸化肽段从蛋白酶解液中富集分离。本方法也可以选择性地提取α-casein磷酸化蛋白,实现了简单、快速、高效的磷酸化肽段和蛋白的富集分离。同时,通过MALDI-TOF串级质谱分析,成功地完成了在优化条件下分离出的磷酸化肽段磷酸位点的鉴定。     

混合模式色谱材料Click TE-GSH高效富集多磷酸化肽

多磷酸蛋白对于生物体适应内外环境具有重要意义,而明确多磷酸蛋白的磷酸位点功能及其信号转导机制尤为关键. 复杂生物样品中多磷酸化肽的低丰度、低电离的特性,以及非磷酸化肽的抑制作用,决定了质谱分析前进行多磷酸化肽富集是非常必要的步骤. 本工作采用基于巯基-烯烃点击化学法合成的混合模式材料Click TE-GSH进行单磷酸化肽和多磷酸化肽的选择性富集. 我们建立了单磷酸化肽、双磷酸化肽和多磷酸化肽的顺序分段富集方法. 该优化方法能抗干扰,应用于脱脂牛奶时富集到11条多磷酸化肽. 与商品化固化金属亲和色谱(IMAC)材料相比,Click TE-GSH富集多磷酸化肽的选择性更好. 本工作所建立的富集方法为高效富集多磷酸化肽提供新方法和新技术.     

介孔氧化钛对多磷酸化肽段的高灵敏度分析

蛋白质的磷酸化修饰广泛存在于细胞生命活动进程中,在细胞的分化、繁殖、代谢及信号转导等方面均发挥着重要作用.MALDI-TOF-MS技术因其高灵敏度等优点,已成为蛋白质研究的重要分析工具之一.由于磷酸化蛋白的天然丰度和离子化效率较低、检测信号被抑制等缺点,因此需要发展新的分析方法以提高其分析灵敏度和选择性.本文建立了基于介孔氧化钛的多磷酸化肽段高效分析方法,同时利用了TiO2对磷酸化肽的选择性吸附作用和介孔材料特殊空间结构所形成的对多磷酸肽的动力学及热力学吸附效应,结合MALDI-TOF-MS技术,成功地实现了对混合溶液中多磷酸化肽的选择性富集和高灵敏度分析鉴定,与其他方法相比,分析性能得到明显的提高,可实现对低量磷酸化肽段的识别与检测.     

基于Fmoc策略的O-磷酸化多肽化学合成研究

以Fmoc-策略固相合成方法为基础,以亚磷酰胺为磷酸化试剂,分别以总体磷酸化法和单体磷酸化法合成了多种磷肽、修饰磷肽及其对应的非磷酸化多肽,并以乙腈/水/0.06%三氟乙酸为洗脱体系,用HPLC对磷肽和多肽进行分离.肽链的长度增加,总体法的磷酸化效率降低;这种基于Fmoc-策略的单体磷酸化法目前只适用于含酪氨酸磷肽的合成.     

功能化磁性纳米材料在磷酸化肽富集中的应用

蛋白质磷酸化是最重要和最普遍的翻译后修饰之一。基于质谱的技术已成为分析蛋白质磷酸化的重要手段。然而,磷酸化肽固有的低丰度和电离效率以及由非磷酸化肽共存引起的严重抑制使得直接质谱分析仍然是一个挑战。为解决此问题,需在质谱分析前对磷酸化蛋白质进行选择性富集。磁性纳米材料具有良好的磁响应性,可以在外界磁铁的帮助下实现与溶液的迅速分离。功能化磁性纳米材料作为一种新型的分析技术已在蛋白质组学研究中得到广泛的应用。该文就近年来对磁性纳米粒子进行各种功能化修饰以提高其特异性吸附能力的吸附材料在磷酸化肽的富集方面的应用予以综述,并展望了功能化磁性纳米材料在磷酸化肽富集领域的应用前景。     

纳米氧化锆沉积棉花纤维的制备及其在磷酸化多肽快速富集中的应用

采用液相沉积法在棉花纤维的表面成功沉积了纳米氧化锆颗粒,并将其装填在移液枪的吸头内,通过移液枪的抽吸实现对磷酸化多肽的萃取,萃取过程只需要2 min,方法简单、快速。该材料不仅可以从β-酪蛋白酶解物这种简单的体系中萃取出9个磷酸化多肽,还可以从物质的量比为1∶100的β-酪蛋白酶解物和牛血清白蛋白（BSA）酶解物混合物这类含有大量非磷酸化多肽的复杂样品中萃取出4种磷酸化多肽,且没有非磷酸化多肽被检出,表现出较好的萃取选择性。将该材料应用于人血清和脱脂牛奶这两种复杂实际样品的酶解物中磷酸化多肽的快速富集萃取,分别检测出5种和9种磷酸化多肽,均表现出较好的选择性。