雷曉光課題組與合作者在發(fā)展化學交聯(lián)質譜技術領域取得最新進展
北京大學雷曉光課題組與合作者-北京生命科學研究所董夢秋課題組近期在《Nature Communications》雜志上發(fā)表論文，開發(fā)出新型精氨酸選擇性化學交聯(lián)劑ArGO和精氨酸/賴氨酸雙選擇性化學交聯(lián)劑KArGO，并且證明該類新型化學交聯(lián)劑可以極大推動化學交聯(lián)質譜技術發(fā)展，幫助闡明復雜蛋白質結構和發(fā)現(xiàn)新的蛋白質相互作用。文章題目為：“Improving mass spectrometry analysis of protein structures with arginine-selective chemical cross-linkers”。
化學交聯(lián)結合質譜技術 (chemical cross-linking coupled with mass spectrometry, CXMS) 是近年來迅猛發(fā)展的一種檢測蛋白質結構和蛋白質相互作用的方法。隨著質譜儀器以及交聯(lián)數(shù)據搜索軟件的發(fā)展，CXMS技術已經獲得了長足的進步，但在該技術中能夠應用的交聯(lián)劑類型卻并不豐富。目前商業(yè)可購買的交聯(lián)劑主要是針對蛋白質N端和賴氨酸殘基，還有少量針對半胱氨酸殘基。精氨酸在蛋白質中含量豐富 (>5%)，而且經常出現(xiàn)在蛋白質相互作用界面中。但目前還沒有成熟的針對精氨酸殘基選擇性的交聯(lián)劑被開發(fā)出來。
為了進一步豐富交聯(lián)劑的種類，雷曉光課題組與董夢秋課題組合作開發(fā)了靶向精氨酸的交聯(lián)劑。該系列交聯(lián)劑在不同長度的聚乙二醇單元兩端連接芳基取代甲酰甲醛結構(aromatic glyoxal)，分別命名為ArGO1-3交聯(lián)劑。此外根據甲酰甲醛結構的相對位置、苯基取代情況、交聯(lián)劑臂長情況以及化學連接方式的情況，還開發(fā)出meta-ArGO1-2、ortho-ArGO1、MeO-ArGO1-2、HP-ARGO1以及amide-ArGO1-2等一系列ArGO交聯(lián)劑。
ArGO交聯(lián)劑可以共價連接蛋白質表面兩個精氨酸殘基。該反應具有良好的化學選擇性，交聯(lián)位點具有廣泛的互補性（圖1）。
圖1 ArGO與精氨酸反應
除此之外，雷曉光課題組還將ArGO交聯(lián)劑進行結構拓展，將交聯(lián)劑一端換為靶向賴氨酸殘基的鄰苯二甲醛結構，并將其命名為KArGO交聯(lián)劑。KArGO交聯(lián)劑可以共價連接蛋白質表面精氨酸殘基和賴氨酸殘基，進一步增加了交聯(lián)位點可能性，提高了交聯(lián)肽段的結構覆蓋度，并在多樣品測試中表現(xiàn)出穩(wěn)定可靠的交聯(lián)效果（圖2）。
圖2 KArGO與精氨酸、賴氨酸反應
董夢秋課題組將ArGO和KArGO交聯(lián)劑運用到CNGP和UtpA等蛋白質復合物的結構鑒定中。增加了ArGO和KArGO交聯(lián)劑的特異性交聯(lián)位點信息后，模擬的蛋白質結構與晶體結構吻合度更好。此結果表明ArGO和KArGO交聯(lián)劑彌補了已有賴氨酸交聯(lián)劑的不足，提供了豐富的互補結構信息（圖3）。該工作所開發(fā)出的新型交聯(lián)劑即將由百靈威科技有限公司進行商業(yè)化推廣，從而幫助進一步推進CXMS技術在分析復雜蛋白質結構和發(fā)現(xiàn)新型蛋白質相關作用研究中的廣泛應用。
圖3 CNGP蛋白復合物Rosetta模擬結構展示
雷曉光課題組英國籍博士后Alexander X. Jones博士以及博士生唐毓良，董夢秋課題組博士生曹勇作為該文章的共同第一作者。文章的通訊作者是雷曉光博士和董夢秋博士。該工作還得到了中科院計算所賀思敏課題組，北京生命科學研究所邵峰課題組、黃牛課題組，以及中科院生物物理所葉克窮課題組的幫助。上述研究得到了科技部-國家重點研發(fā)計劃-蛋白質機器與生命調控專項、973計劃、國家自然科學基金委（杰青、重點、面上、創(chuàng)新群體項目）、北大-清華生命科學聯(lián)合中心基金、中科院和北京市政府的資助，在北京大學和北京生命科學研究所完成。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-11917-z
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