基于非特异性蛋白酶连续酶解的蛋白质全序列测定方法

对蛋白质全序列进行测定,有助于分析蛋白质的结构,揭示蛋白质的生物学功能.针对目前基于质谱的蛋白质测序流程中使用特异性蛋白酶酶解产生的肽段种类少、重叠度低、序列拼接困难等问题,发展了一种基于非特异性蛋白酶连续酶解的蛋白质全序列测定方法.构建了连续酶解装置,并使用多种非特异性蛋白酶对蛋白质进行连续酶解.利用非特异性蛋白酶酶解位点的非特异性、不同的酶解时间以及不同种类蛋白酶酶解产生肽段的互补性,提高蛋白质酶解肽段的种类和重叠度,并发展了蛋白质序列拼接算法对液相色谱质谱联用(LC-MS/MS)和从头测序获得的肽段序列进行拼接.将此方法应用于牛血清白蛋白和单克隆抗体赫赛汀的全序列测定,在不考虑亮氨酸和异亮氨酸的情况下,对牛血清白蛋白和赫赛汀轻链的测序准确度达到100%,赫赛汀重链的测序准确度为99.7%.     

磺基异硫氰酸苯酯化学辅助方法对新蛋白质进行从头测序

利用基质辅助激光解吸电离-串联飞行时间(MALDI-TOF-TOF)质谱结合磺基异硫氰酸苯酯化学辅助的方法对一种从拟青霉(Paecilomyces bainier)分离纯化到的新人参皂苷Rb1水解酶的部分肽段进行了从头测序. 共获得了这个新蛋白质8条肽段的序列, 一些磺化后信噪比非常低的肽段也获得了比较完整的序列. 同时通过从头测序分析确定了一对甲硫氨酸非氧化和氧化肽段的序列. 结果表明, 磺化后的肽段离子化效率大大增强, 在PSD(源后裂解)过程中只有肽键断裂产生的C端的碎片离子系列(y离子系列)出现在质谱图中, 图谱背景清晰, 信噪比高, 单纯的y离子系列使得图谱解析变得非常容易. 将这8条序列在NCBI(美国国立生物技术信息中心)数据库中进行BLAST(蛋白质序列比对工具)检索印证这种β-葡萄糖甘酶是一个新蛋白质, 发现的两条相对保守的序列为进一步研究奠定了基础.     

基于准等重二甲基化标记的高通量蛋白质组选择性交叉标记装置

面对生物学及精准医学等领域多变量、大样本量的蛋白质组定量分析的需求,高通量的定量标记及分析已经成为近年来蛋白质组学方法发展的趋势。发展了一种基于准等重二甲基化标记策略的高通量肽段末端选择性交叉标记装置（pIDL-StageTip）,借助简单的装置及离心力,有效地增加了定量标记的通量,并保证了肽段末端两步标记反应时间的可控性及操作的简便性。通过优化酸性条件下NaBD₃CN与NaBH₃CN体系的标记条件,得到了标准蛋白质酶解产物100%的标记效率、95%以上的标记选择性;在人源蛋白质组复杂体系下,标记效率大于99%,标记选择性为100%。基于该装置的定量方法具有很高的定量准确度及精密度。该装置为实现高可操作性、高准确度、高通量的蛋白质组定量标记提供了一个可靠的解决方案。     

串联飞行时间质谱中亚胺离子的断裂特征及其在肽段鉴定中的作用

基质辅助激光解吸电离-串联飞行时间质谱(MALDI-TOF/TOF)产生的亚胺离子可以提供丰富的肽段组成信息,该方法通常用于基于数据库搜索的蛋白质鉴定,或者结合化学衍生法用于从头测序,因而在一定程度上限制了对亚胺离子的认识及应用。本研究利用239个串联质谱探索MALDI-TOF/TOF中亚胺离子的断裂特征以及它们在肽段鉴定中的应用,发现在高能碰撞诱导解离条件下组氨酸等14种氨基酸可产生较强的亚胺离子信号(>50%阳性率),氨基酸的化学结构、位置效应和氨基酸残基个数是影响碎片离子强度的主要因素。此外,探讨了亚胺离子应用过程中的假阳性问题,提出亚胺离子相对强度的比较可以降低假阳性和提高肽段鉴定确定度,有助于完善目前的数据库搜索算法和辅助从头测序分析。     

集成化蛋白质组定量分析平台的构建及应用

为提高蛋白质组定量分析的准确度、通量和自动化程度,构建了由微升级混合离子交换色谱、亲水型固定化酶反应器（hIMER）和纳升级反相色谱-电喷雾串级质谱（nanoRPLC-ESI-MS/MS）组成的集成化蛋白质定量分析平台。该平台实现了二甲基化标记蛋白质样品在线分离、酶解、肽段分离鉴定和定量分析。采用质量比为1：1的轻、重标记的蛋白质样品考察该平台的定量性能,发现蛋白质水平二甲基化标记效率为90%;蛋白质经hIMER在线酶解10 min产生的漏切及酶解产物在hIMER柱上的非特异性吸附对定量准确度的影响较小,所有定量到的重/轻标记的蛋白质质量比的平均值为1.01。最后将该平台应用于小鼠腹水型肝癌淋巴道高、低转移细胞系差异蛋白质的分析,发现了12种蛋白质在高转移细胞系中低表达,15种蛋白质在高转移细胞系中高表达。以上结果证明了该平台可以实现高准确度和高通量的蛋白质组定量分析。     

18O稳定同位素标记定量蛋白质组研究技术的建立与优化

建立了18O稳定同位素标记方法,用于复杂体系蛋白质相对定量分析。对影响蛋白质标记稳定性的实验条件进行了比较和优化。结果表明,采用酶切后标记的方法,酶切肽段在胰酶催化下,在pH 5.0的K2HPO4/KH2PO4缓冲体系中,37℃18O标记反应16 h,绝大部分肽段即可达到100%的标记效率。对多个16O/18O成对肽段峰强度的动态范围及定量准确度进行了考察。结果表明,18O标记方法是一种简便、稳定、可靠的相对定量方法,10倍动态范围内,标记率相对标准偏差在18.4%以内,16O/18O峰强度呈很好的线性关系。本实验考察了标记后的肽段在不同溶液体系中的稳定性,为复杂样品的预处理和预分离的溶液条件提供了依据。     

低浓度甲醛对多肽和蛋白化学修饰的质谱研究

采用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱( MALDI-TOF MS)和纳升电喷雾四极杆飞行时间串联质谱( Nano-ESI -QTOF MS)技术,以标准肽段和流感病毒基质蛋白酶切肽段为模型,研究了甲醛对蛋白质和多肽主链的修饰作用。采用与实际病毒灭活过程一致的实验条件(4℃,0.025%(V/V)福尔马林(37%(w/w)甲醛溶液)处理72 h),进行甲醛与多肽的化学反应。结果表明,在实验条件下,甲醛能与标准肽段N端的氨基反应生成羟甲基加合物,再发生缩合反应生成亚胺,形成+12 Da的产物。此外,甲醛还能与标准肽段中的精氨酸、赖氨酸的侧链发生反应,生成+12 Da的反应产物。对流感病毒基质蛋白的酶切肽段与甲醛的反应的质谱分析结果显示,多数的肽段都生成了+24 Da的产物,质量的增加来源于肽段N端氨基(+12 Da)和C端精氨酸或赖氨酸的侧链(+12 Da)的贡献。此外,还观察到有一个漏切位点的肽段生成了+36 Da的产物。本研究结果表明,在实验条件下,低浓度甲醛主要与肽段和蛋白的N 端氨基,以及精氨酸和赖氨酸侧链发生反应。本研究为分析低浓度甲醛与蛋白质的反应产物提供了有效的质谱分析方法和解谱依据。     

基于等质量肽段末端标记策略的质谱鉴定新算法

等质量肽段末端标记(Isobaric peptide termini labeling,IPTL)是一种使用轻、重同位素分别对肽段的C端和N端进行等重标记的技术.在对使用这种标记技术得到的数据进行一级谱分析时,由于肽段的质量相同,不会增加样本的复杂性,而在处理二级谱的数据时,可利用成对的b、y离子进行分析.本研究利用IPTL方法得到的实验数据设计了一种新的打分算法:全部离子打分算法(All ions scoring algorithm,AISA).AISA在对数据进行处理时,可以同时得到定性和定量信息.在Q-Exactive HeLa和Human-HCC-HL数据集上的蛋白定量覆盖率分别达到99%和100%.在Q-Exactive HeLa 2D RPLC数据集上,AISA算法鉴定到的PSM、唯一肽段和蛋白质分别比Morpheus高15%、26%和22%.在Human-HCC-HL数据集上,AISA算法鉴定到的PSM、唯一肽段和蛋白质分别比Morpheus高24%、39%和27%.在Q-Exactive HeLa和Human-HCC-HL数据集上蛋白质定量比值的平均值非常接近1,分别为1.18和0.90;在0.5~2.0区间内的定量比值分别为91%和94%.     

基于精氨酸酶切的蛋白质C端肽段富集方法的优化及评估北大核心CSCD

基于聚合物的蛋白质C端反向富集策略是用于研究蛋白质C端最为广泛的策略之一。目前,基于胰蛋白酶(trypsin)切割精氨酸残基C端(ArgC型酶切)的蛋白C端组学方法对蛋白质C端的鉴定深度仍有待提高。为解决这一问题,该研究对此方法进行了优化和评估:建立了基于“V型”过滤装置的“一锅法”富集流程,避免了副反应的干扰,缩短了样本的制备时间;优化了蛋白水平乙酰化反应条件,最大限度地降低了丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸残基上的副反应,提高了肽段鉴定的可信性;优化了基于固相萃取枪头膜片过滤柱(StageTip柱)的样品分离过程,使C端肽段的鉴定深度增加至原来的4倍。通过以上优化,按照肽段水平错误发现率(FDR)<0.01、离子分数(ion score)≥20,且C端带有乙醇胺修饰的数据筛选标准,从人HEK 293T细胞中共鉴定出696个蛋白质C端。若仅要求肽段水平FDR<0.01,鉴定数目进一步增加到933个,这是基于聚合物富集策略的蛋白质C端组学方法所得的最大数据集之一。探索了胰蛋白酶镜像酶(LysargiNase)切割精氨酸残基N端(ArgN型酶切)与不同肽段N端衍生化修饰组合对蛋白质C端鉴定数目和种类的影响,“LysargiNase酶切+肽段N端乙酰化”新策略在原有“胰蛋白酶酶切+肽段N端二甲基化”策略的基础上将鉴定蛋白质C端的种类提升了47%。综上,该研究通过对基于Arg型酶切的蛋白C端组学方法的优化,提升了C端肽段的鉴定深度,扩大了C端肽段鉴定的覆盖范围。该方法将有望成为系统性表征蛋白质C端的有力工具。     

含有28个氨基酸的复杂多肽的串级质谱全序列分析研究

利用MALDI-TOF/TOF MS和ESI-MS/MS对一种含有多达28个氨基酸的复杂合成多肽成功进行了全序列测定. 通过调节激光强度、碰撞诱导解离(CID)能量等质谱参数以及依据不同序列分析软件, 获得了涵盖所有b型和y型碎片离子的串级质谱图. 结果显示这种方法可以有效地解决de novo测序方法遇到的谱峰过于复杂导致运算死机等问题. 通过讨论如何对含有超过20个氨基酸片断的多肽进行合格串级质谱实验, 为蛋白质组学肽段序列测定提供了新的方法和思路.     

磺化修饰结合离子交换色谱和生物质谱富集鉴定含组氨酸肽段

通过在肽段的N端引入磺酸基,从而使含组氨酸的肽段与其他肽段在pH<3.0的条件下产生电荷差异,建立了一种基于强阳离子交换色谱(SCX)结合生物质谱富集鉴定含组氨酸肽段的方法,并以含有组氨酸的标准蛋白质为模型,进行了方法学考察。结果表明,经N端磺酸化后,含组氨酸的肽段能有效地被阳离子交换色谱富集,且在肽的N端引入磺酸基促进了肽的裂解,使之产生简单而信息丰富的二级质谱图,从而得到完美的质谱鉴定结果。这说明磺化修饰结合强阳离子交换色谱用于含组氨酸肽段的富集鉴定是可行的,且具有在蛋白质组研究中应用的潜力。     

基于生物质谱技术的磷酰化修饰策略在多肽测序中的应用

该文建立了一种利用磷酰化修饰结合电喷雾质谱(ESI-Q-TOF)测定多肽氨基酸序列的有效方法。利用Atherton-Todd反应,以二丙基亚磷酰酯(DPP)为磷酰化试剂,应用生物质谱技术,对磷酰化修饰后的5种模型肽的磷酰化反应情况进行了系统研究,考察了磷酰化肽的二级质谱特征,并与未经磷酰化反应的肽的二级质谱特征对比。结果表明,经过磷酰化修饰后,肽的二级质谱中的a1离子信号强度明显增加,可以准确鉴定其N端氨基酸;b系列离子信息完整,信号强度增强,使得多肽C ID测序的谱图简单、清晰,有利于肽的氨基酸序列的测定;赖氨酸(K,128.10 u)和谷氨酰胺(Q,128.13 u)两种氨基酸质荷比相近,由于二者磷酰化修饰后的差异性,使其得到准确区分。经过5种已知氨基酸序列的模型肽的磷酰化后结合质谱技术进行氨基酸序列测定验证,结果表明该方法简单、快速、准确,提高了利用质谱技术进行多肽测序的准确度和灵敏度,可为蛋白质组学研究提供有效的技术手段。     

血清多肽组及其个体差异的纳升液相色谱-高分辨串联质谱分析

分析和比较疾病组及健康对照组的混合样品是血清多肽组生物标记物研究的常用方法,但对健康个体多肽组的差异和共性关注较少.本研究利用纳升液相色谱-高分辨四级杆飞行时间质谱鉴定健康人混合血清样品(20例)的多肽组,阐明血清多肽组的分子量分布等一般特征,进而选取6例个体样品单独分析并与混合样品的分析结果进行比较,说明正常健康样品之间的个体差异和共同成分.结果表明,可鉴定序列的血清多肽组的分子量范围在7000 Da以下,纤维蛋白原α链等蛋白质所属肽段的检出频率最高,肽段在蛋白质水平上分布具有不均一性,排在前10％的蛋白质占据了约50％的总肽段,而后40％的蛋白质只有1条检出肽段.此外,在所有样品中都检测到了来自于8个蛋白质的12个共同肽段,检测到了N端乙酰化、氨基酸氧化、磷酸化、脱氨化和脱水等翻译后修饰和明显的阶梯序列现象.本研究在肽段序列水平分析了血清多肽组的基本特征和个体差异,可为血清多肽组生物标志物研究提供参考.     

溴化氰裂解结合电喷雾串联质谱测定电泳分离蛋白的C端序列

C端测序是蛋白质及多肽一级结构确认的重要组成部分,也是重组蛋白药物质量控制的重要依据。建立了溴化氰裂解结合电喷雾串联质谱测定蛋白质C端序列的方法,并应用于重组人肿瘤坏死因子受体和纽兰格林的C端测序。首先根据待测蛋白序列进行溴化氰理论裂解,如果C-端肽段理论分子量在500~5000U之间,则将待测样品进行SDS-PAGE分离,考马斯亮兰染色,然后进行胶内溴化氰裂解,最后应用基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)测定C-端肽段的分子量,电喷雾串联质谱对C端肽段进行测序。应用本方法分别测定了这两个蛋白质C端19个和11个氨基酸残基序列。研究结果表明:本方法灵敏、有效、实用性较强,可适用于部分重组蛋白药物的质量控制和蛋白质的结构确证,是对目前蛋白质C端测序方法的有效补充。     

纳升电喷雾串联质谱(Q-TOF)测序中Na+加合肽的分析

电喷雾串联质谱测序法是蛋白质组研究中蛋白质鉴定的最有力的手段之一。肽段离子在ESI-Q-TOF中往往以多电荷形式出现(2～4个电荷),其中m／z在500～1000之间带双电荷的离子最适合测序。但这样的肽段很容易和Na+加合,有时加合峰的相对强度比原肽段高很多,有时甚至只有加合峰。Na+加合肽的序列分析比较困难,因数据库查寻不支持Na+加合,且Na+加合是非氨基酸特异的,序列分析中不能按修饰编辑,一旦有一个氨基酸的序列发生偏差,整个肽段序列就不正确。因此,Na+加合肽的序列分析很重要。在Na+加合肽序列分析中,寻找m／z相差22Da的离子,以其为起点分别按m／z从高到低和从低到高进行分析,可得到完整序列,用序列进行数据库检索可鉴定蛋白质,本文用此方法分析了5个Na+加合肽的序列,鉴定5个蛋白质。Na+加合位点分别为丝氨酸S、脯氨酸P和酪氨酸Y。     

毛细管反相液相色谱-串联质谱用于肽的鉴定和相对定量分析

建立了一种基于毛细管反相液相色谱-串联质谱联用技术和质谱峰强度数据处理的肽段鉴定和相对定量分析方法。该方法无需对样品中的肽进行化学标记,在对样品进行反相色谱分离和串联质谱分析后,将二级质谱扫描数据进行蛋白质数据库搜索,获得所鉴定肽段的序列、保留时间、质荷比、带电荷数等定性信息;再以此为定位依据,在全扫描质谱数据中提取该肽段对应的离子峰并以该离子峰的峰强度作为定量信息,从而实现对不同样品中的共有肽段进行差异比较分析。以标准蛋白酶解混合肽段为实验对象,以肽段相对强度的相对标准偏差为指标,考察了该方法用于肽段相对定量分析的重现性、检测动态范围以及浓度标准曲线等,为将该方法用于生物样品中内源性肽的差异分析奠定了基础。     

反相高效液相色谱法测定蟾酥中的3种蟾毒内酯

建立了一种基于毛细管反相液相色谱-串联质谱联用技术和质谱峰强度数据处理的肽段鉴定和相对定量分析方法。该方法无需对样品中的肽进行化学标记,在对样品进行反相色谱分离和串联质谱分析后,将二级质谱扫描数据进行蛋白质数据库搜索,获得所鉴定肽段的序列、保留时间、质荷比、带电荷数等定性信息;再以此为定位依据,在全扫描质谱数据中提取该肽段对应的离子峰并以该离子峰的峰强度作为定量信息,从而实现对不同样品中的共有肽段进行差异比较分析。以标准蛋白酶解混合肽段为实验对象,以肽段相对强度的相对标准偏差为指标,考察了该方法用于肽段相对定量分析的重现性、检测动态范围以及浓度标准曲线等,为将该方法用于生物样品中内源性肽的差异分析奠定了基础。。     

基于直接注射-多级质谱全扫描技术的人血红蛋白快速肽图分析

利用液相色谱–串联质谱法(LC-MS/MS)进行肽图分析,是目前单克隆抗体等蛋白类药物质量控制的主要方法,然而,LC-MS/MS分析具有费时、费溶剂和成本高等缺点。本研究以人血红蛋白(Human hemoglobin, Hb)为例,考察利用直接注射–多级质谱全扫描技术(DI-MS/MS^ALL)进行肽图分析的可行性。Hb经胰蛋白酶水解后,多肽样品通过流动注射泵直接注入QTOF-MS离子源,采用MS/MS^ALL记录MS¹谱图以及每个单位质荷比窗口(1 Da)的MS²谱图信息,所获得的质谱信息与Skyline软件给出的21个理论肽段质谱信息进行匹配,初步指认了20个肽段。常规的LC-MS/MS肽图分析检测出了所有21个理论肽段。DI-MS/MSALL的MS¹图谱与LC-MS/MS的平均MS¹图谱相近,主要为各肽段带电荷数1～4的准分子离子信号,以双电荷为主,而MS²图谱均以y⁺离子为主。因此,DI-MS/MS^...     

同系物标记结合凝胶电泳和质谱技术用于蛋白质N端肽鉴定及相对定量

通过酸酐同系物标记蛋白质的N-末端,经过凝胶电泳分离,使用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪进行鉴定,建立了一种基于化学标记和质谱技术的、用于蛋白质的N-末端鉴定和相对定量新方法。标记后的蛋白质的N端肽以相差14 Da的成对峰形式在质谱中出现,而非N-末端肽则是以单峰呈现,从而实现了末端肽的特异性识别;通过端肽的信号强度对3种标记蛋白质的不同比例的混合溶液实现了相对定量分析。     

多级质谱法测定Axinastatin 1环肽序列及其断裂机理研究

对具有抗癌活性的海洋环肽Axinastatin 1进行化学合成. 采用多级质谱法对合成环肽进行序列测定. 线性前体测序依据b_x－y_z断裂路径, 在同一张MS²谱中利用b和y离子所提供序列信息的互补来实现. 环肽测序依据b_x→b_x－1断裂路径, 每一级MS由b离子的C端碰撞掉一个氨基酸残基直到MS⁶, 得到2套b离子, 根据它们所提供序列信息的互补可准确测定环肽序列并推断其环结构, 同时观察到b离子重排现象. 讨论了上述断裂与重排的路径和机理, 并利用半经验量子化学PM3和AM1两种算法计算了碎片的生成焓, 验证了路径的合理性. 由离子b_5PN的生成焓偏高和其重排间的联系尝试提出过渡结构假设.