张丽华、赵群等开发基于糖苷键质谱可碎裂交联剂的蛋白质复合物原位解析新技术

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近日，我所生物技术研究部生物分子高效分离与表征研究组（1810组）张丽华研究员、赵群研究员等研制了一种基于糖苷键的质谱可碎裂型交联剂，显著地提高了交联信息的检索通量和鉴定准确度，同时具有良好的两亲性和生物兼容性，实现了活细胞内蛋白质复合物原位交联和规模化精准解析。
　　作为生命活动的执行者，蛋白质通过相互作用形成复合物等形式行使其特定的生物学功能，其中，细胞内的限域效应、拥挤效应和细胞器微环境等对于维持蛋白质复合物结构和功能至关重要。化学交联技术（Chemical cross-linking mass spectrometry, CXMS），尤其是原位化学交联质谱技术（in-vivo CXMS）具有规模化分析蛋白复合物原位构象和相互作用界面的优势，已成为活细胞内蛋白质复合物解析的重要技术。然而，目前活细胞原位交联面临着细胞扰动大、交联肽段谱图复杂程度高等问题。因此，如何实现活细胞低扰动下的原位快速交联是蛋白质原位构象和相互作用精准解析的先决条件。

质谱可碎裂型交联剂

　　本工作中，该团队基于糖分子的高生物兼容性和糖苷键的质谱可碎裂特征，将糖苷键引入到功能交联剂的骨架设计中，筛选并获得了高生物兼容性的海藻糖作为骨架分子，研制了质谱可碎裂型交联剂——海藻糖二琥珀酰亚胺酯（TDS）。该交联剂较目前已报道的可透膜型化学交联剂，展示了更加优异的细胞活性维持能力，可在低扰动状态下实现细胞内蛋白质复合物的高效交联。在此基础上，低能量的糖苷键—高能量的肽键的质谱选择性碎裂模式，可以将“工字形”的交联肽段数据分析降幂为常规交联剂片段修饰的线性肽段数据检索，极大地降低了交联肽段谱图分析的复杂性，显著地提高了交联肽段的鉴定效率与准确度。团队从Hela细胞中鉴定到对应于3500对以上交联肽段的1453个蛋白质的构象，以及843对蛋白质间的相互作用信息，实现了活细胞中蛋白质复合物的原位交联与规模化分析，为活细胞中蛋白质功能的调控提供了重要的技术支撑和关键的互作位点信息。
　　近年来，张丽华团队一直致力于原位化学交联质谱新技术研究，通过开发一系列新型多功能型化学交联剂，并系统建立深度覆盖的化学交联分析方法等，不断提升原位化学交联技术对于蛋白质复合物原位动态构象的深度捕获和精准分析能力。目前，团队已研制了多种类型的具有不同富集基团、正交反应活性基团的可透膜交联剂，并发展了相应的原位快速交联方法（Anal. Chem.，2022；Anal. Chem.，2022；Anal. Chem.，2022；Angew. Chem. Int. Ed.，2023），低丰度交联位点的高效酶解和富集方法（Anal. Chem.，2020；Front. Chem.，2022；Anal. Chem.，2022；Anal. Chem.，2023），以及基于化学交联距离约束的蛋白质原位构象和相互作用解析方法（Anal. Chem.，2022；Chem. Res. Chin. Univ.，2022）等，为蛋白质复合物功能状态下原位构象的规模化精准解析提供了关键技术支撑。
　　上述成果以“A Glycosidic-Bond-Based Mass-Spectrometry-Cleavable Cross-linker Enables In vivo Cross-linking for Protein Complex Analysis”为题，发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。该工作的第一作者是1810组博士研究生陈静。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院青促会等项目的资助。（文/图 陈静、赵群）
　　文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202212860
         文章来源：大连化物所
       张丽华 中国科学院大连化学物理研究所研究员,1995年毕业于吉林大学化学系。同年进入中国科学院大连化学物理研究所攻读博士学位，师从张玉奎院士；主要开展毛细管电色谱基础理论和新技术的研究。1999年赴德国国家环境与健康研究中心博士联合培养，师从A. Kettrup教授；从事毛细管电泳和质谱联用于金属蛋白的分析。2000年获得理学博士学位。2001年-2003年3月，在日本德岛大学马场嘉信教授研究室做博士后；从事基因组快速分析的研究工作。2003年4月回中国科学院大连化学物理研究所工作；2004年入选中科院“百人计划”，2005年获得择优支持；2005年晋升为研究员，课题组长。获得国家自然科学二等奖、辽宁省自然科学一等奖、中国分析测试协会CAIA一等奖和中国化学会青年化学奖等奖项。2012年入选科技部“中青年科技创新领军人才”（万人计划）。已发表SCI文章200余篇；申请发明专利50余项，授权20余项；参与了7本中英文著作的编写。现任Analytical Bioanalytical Chemistry 中国区域主编，以及Analytical Chemistry, Scientific Report, Proteomics 和《色谱》编委。