化学交联技质谱术突破 蛋白质研究有新方法
来源/作者:中国化工仪器网  日期:2020-08-21

蛋白质是生命的物质基础,是所有细胞的主要组成成分。蛋白质在人体生命活动中占据主导地位,新陈代谢、肌肉运动、氧气和二氧化碳的运输、免疫反应等支持生命存在的基本功能都需要依靠蛋白质来实现。因此对于蛋白质结构和动态的研究是生命科学与医学的重要部分,对于了解生命的本质、疾病的机制和治疗等都有重要意义。

蛋白质结构和动态学研究的方法有很多,包括冷冻电镜、X射线晶体衍射、固体/液体核磁共振、分子动力学模拟等。化学交联质谱分析(CXMS)是近十年发展出的新型蛋白质研究技术。它利用化学交联剂处理蛋白质样品,将空间距离足够接近、可以与交联剂反应的两个氨基酸以共价键连接起来,然后利用基于高精度质谱的蛋白质组学手段分析交联产物,可获得蛋白质上特定氨基酸之间的距离信息。化学交联质谱分析将质谱分析方法的研究对象从多肽序列结构扩展到了大分子蛋白结构,由于具有灵敏度高,不受分子量大小限制等特点,已经得到愈加广泛的使用。

在CXMS测量中,为了发生交联反应,两个反应性蛋白质残基之间的间隔必须短于交联剂的长度。长的交联剂可以达到更多的反应性残基并提供更多的CXMS距离约束,但所得的交联剂通常因为太长而无法产生有用的结构信息。对于CXMS测量的传统对象蛋白质的Cα原子或Cβ原子来说,化学交联通常超过20Å,但是引入这种长距离约束对结构精度的提升有限。

针对这一问题,中国科学院精密测量科学与技术创新研究院副研究员龚洲、研究员唐淳对已有CXMS实验数据进行比对分析,借鉴生物磁共振思路,将交联剂修饰的侧链Cω原子作为距离约束点。这种方法考虑了蛋白质侧链的灵活性,并将约束范围缩小到6Å以内,提高了蛋白质结构计算的精度,并可分析表征蛋白质结构的动态变化。相关成果发表在Structure上。

质谱技术在蛋白质结构和动态研究的应用是以电镜和晶体学研究方式已经无法满足结构生物学对体型越来越大、种类越来越多的蛋白质复合体的研究需要为背景的。CXMS可以提供蛋白质柔性区域的结构,与冷冻电镜的数据相匹配可以获得更完整的蛋白质结构。新的研究成果为CXMS的发展提供了新的方向。冷冻电镜已经实现巨大突破,CXMS的技术进步无疑将使结构生物学更进一步。

【关键词】普天同创