氢氘交换质谱技术在蛋白质和蛋白复合物结构研究中的应用进展
发布时间：2021-03-31 04:50
蛋白质是生命功能的执行者,其功能的发挥受自身结构动态变化、与其他生物分子的相互作用及修饰等因素的调节。因此,对蛋白质及蛋白复合物结构的研究有助于揭示重要生命过程中的分子机理与机制。氢氘交换质谱（Hydrogen deuterium exchange mass spectrometry,HDX-MS）是研究蛋白质结构、动态变化和相互作用的强有力工具,也是传统生物物理手段的重要补充。该文综述了HDX-MS的基本原理、机制、实验方法和研究最新进展,并从蛋白质自身动态变化、蛋白质-小分子相互作用、蛋白质-蛋白质相互作用3个方面介绍了近年来HDX-MS在蛋白及蛋白复合物研究中的应用进展。
【文章来源】：分析测试学报. 2020,39(01)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
氘代30 s(A)、300 s(B)和15 h(C)后,卡拉洛尔
除了传统的生物物理学方法,质谱(Mass spectrometry,MS)技术也广泛应用于蛋白质领域的研究。1980年代末,软电离技术如基质辅助激光解吸电离(MALDI)和电喷雾电离(ESI)的发明推动了生物质谱的飞速发展,使得生物大分子能够以完整离子的形式被转移到气相中,从而被不同类型的质量分析器所检测[12]。质谱分析不仅可用于鉴定蛋白序列和翻译后修饰[13],还能用于研究蛋白质结构、折叠和动力学机制[14-16]。其中,氢氘交换质谱(Hydrogen deuterium exchange mass spectrometry,HDX-MS)技术是研究蛋白质结构动态变化的一种强有力工具,也是对传统生物物理手段的重要补充[17]。氢氘交换(HDX)用于研究蛋白质结构早已不是一个新的概念。Linderstr?m-Lang在1954年的工作中首次将蛋白质置于D2O中,利用密度梯度管测定氢氘交换速率从而研究蛋白质结构[18],并由此奠定了HDX的理论基础[19]。氢氘交换质谱技术可通过结合低温超高压高效液相色谱和质谱仪器分析确定酰胺氢氘交换的位置和速率。此外,实验分析流程和前期数据处理的自动化使得HDX-MS技术发展迅速,成为一种有效的蛋白结构分析工具[20]。虽然HDX-MS不能获得高分辨率的蛋白结构信息,但其优点在于基本不受分析体系的大小和复杂程度的限制[21],样品需求量少,并且还可用于研究对于传统结构学分析方法具有挑战的蛋白体系,如膜蛋白[22]、无序蛋白[23]和超大蛋白复合物[24]。本文首先介绍了HDX-MS的基本原理、交换机制、实验方法和技术研究进展,随后从蛋白质自身结构动态变化,蛋白质-小分子相互作用以及蛋白质-蛋白质相互作用3个方面对HDX-MS的应用进行介绍。1 氢氘交换质谱技术概述
除此之外,HDX-MS还广泛应用于生物制药生产和开发过程中的高阶结构表征和质量控制。蛋白质药物的生产依赖于细胞表达,生物合成过程中产生的不同程度的PTMs是诱导药物三维结构和功能发生变化的重要因素[78-79]。Houde等采用整体和局部HDX-MS技术对PTMs(如甲硫氨酸氧化、盐藻糖糖基化和半乳糖糖基化等)如何影响重组单克隆抗体IgG1的构象动态变化进行了研究。以糖基化结果为例,整体HDX分析显示IgG1具有高度稳定的高级结构,而局部HDX研究则显示糖基化区域去糖基后氘代水平发生改变,说明糖基化会影响抗体对受体的识别[80-81]。同样,HDX-MS还可用于表征复杂且异质性高的生物药物体系,如重组因子IX-Fc融合蛋白[82]。图4 氘代30 s(A)、300 s(B)和15 h(C)后,卡拉洛尔
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型蛋白质结构分析手段——氢氘交换质谱技术进展[J]. 贾伟,陈熙. 现代科学仪器. 2011(05)
本文编号：3110824
【文章来源】：分析测试学报. 2020,39(01)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
氘代30 s(A)、300 s(B)和15 h(C)后,卡拉洛尔
除了传统的生物物理学方法,质谱(Mass spectrometry,MS)技术也广泛应用于蛋白质领域的研究。1980年代末,软电离技术如基质辅助激光解吸电离(MALDI)和电喷雾电离(ESI)的发明推动了生物质谱的飞速发展,使得生物大分子能够以完整离子的形式被转移到气相中,从而被不同类型的质量分析器所检测[12]。质谱分析不仅可用于鉴定蛋白序列和翻译后修饰[13],还能用于研究蛋白质结构、折叠和动力学机制[14-16]。其中,氢氘交换质谱(Hydrogen deuterium exchange mass spectrometry,HDX-MS)技术是研究蛋白质结构动态变化的一种强有力工具,也是对传统生物物理手段的重要补充[17]。氢氘交换(HDX)用于研究蛋白质结构早已不是一个新的概念。Linderstr?m-Lang在1954年的工作中首次将蛋白质置于D2O中,利用密度梯度管测定氢氘交换速率从而研究蛋白质结构[18],并由此奠定了HDX的理论基础[19]。氢氘交换质谱技术可通过结合低温超高压高效液相色谱和质谱仪器分析确定酰胺氢氘交换的位置和速率。此外,实验分析流程和前期数据处理的自动化使得HDX-MS技术发展迅速,成为一种有效的蛋白结构分析工具[20]。虽然HDX-MS不能获得高分辨率的蛋白结构信息,但其优点在于基本不受分析体系的大小和复杂程度的限制[21],样品需求量少,并且还可用于研究对于传统结构学分析方法具有挑战的蛋白体系,如膜蛋白[22]、无序蛋白[23]和超大蛋白复合物[24]。本文首先介绍了HDX-MS的基本原理、交换机制、实验方法和技术研究进展,随后从蛋白质自身结构动态变化,蛋白质-小分子相互作用以及蛋白质-蛋白质相互作用3个方面对HDX-MS的应用进行介绍。1 氢氘交换质谱技术概述
除此之外,HDX-MS还广泛应用于生物制药生产和开发过程中的高阶结构表征和质量控制。蛋白质药物的生产依赖于细胞表达,生物合成过程中产生的不同程度的PTMs是诱导药物三维结构和功能发生变化的重要因素[78-79]。Houde等采用整体和局部HDX-MS技术对PTMs(如甲硫氨酸氧化、盐藻糖糖基化和半乳糖糖基化等)如何影响重组单克隆抗体IgG1的构象动态变化进行了研究。以糖基化结果为例,整体HDX分析显示IgG1具有高度稳定的高级结构,而局部HDX研究则显示糖基化区域去糖基后氘代水平发生改变,说明糖基化会影响抗体对受体的识别[80-81]。同样,HDX-MS还可用于表征复杂且异质性高的生物药物体系,如重组因子IX-Fc融合蛋白[82]。图4 氘代30 s(A)、300 s(B)和15 h(C)后,卡拉洛尔
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型蛋白质结构分析手段——氢氘交换质谱技术进展[J]. 贾伟,陈熙. 现代科学仪器. 2011(05)
本文编号：3110824
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3110824.html
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