米诺磷酸

近日，The Lancet Rheumatology发表一项研究预测到2050年全球骨关节炎的患病率情况，研究显示，截止到2020年，全球骨关节炎患者增加到5.95亿，约占全球人口的7.6%，增幅高达132%。由此可见，开发针对骨相关疾病的精准无创诊疗技术迫在眉睫，因为它不仅可以连续监测骨代谢、生长、转移、给药和指导手术，而且可以实现骨疾病的高效治疗。然而，设计精准无创的骨疾病诊疗探针是极具挑战的工作。应 用 报 道今年9月，青岛科技大学袁勋教授团队在《Aggregate WILEY》报道了一种新型的金团簇基骨靶向诊疗探针[1]，实现了高时空分辨的体内骨靶向近红外二区（NIR-II）荧光成像和增强的类风湿性关节炎治疗。图1. Au44MBA26-P团簇的体内特异性骨靶向和高分辨率成像该探针的设计关键在于将原子级精确的NIR-II发射Au44团簇的表面进行磷酸化。一方面，Au44团簇的表面磷酸化大大增强了探针的骨靶向能力，使骨主要成分羟基磷灰石对磷酸化前后的Au44团簇探针的理论max吸附量提高了1.36倍，使该团簇探针实现了高对比度和高分辨率的体内骨靶向NIR-II荧光成像（信噪比提升1.4倍，见图1）。图2. Au44MBA26-P团簇对胶原免疫诱导大鼠类风湿性关节炎(CIA)模型的治疗作用另一方面，该团簇探针作为一种新型纳米药物，具有直接的生物效应，可显著抑制脂多糖诱导的小鼠巨噬细胞促炎因子的产生。在II型胶原诱导的大鼠类风湿性关节炎治疗中，该团簇探针表现出优异的抗炎和免疫调节作用，可将破坏的软骨恢复到接近正常状态，比临床治疗药物甲氨蝶呤效果更为显著（图2），且具有良好的肾脏清除率和优良的生物相容性。本研究提出了一种金属纳米团簇基诊疗探针的设计范例，为高分辨率骨靶向荧光成像和类风湿性关节炎治疗提供了新思路。图3.睿光NirVivo-Pro 近红外二区小动物活体荧光成像系统助力科研研究[1]: Phosphorylation of NIR-II emitting Au nanoclusters for targeted bone imaging and improved rheumatoid arthritis therapyhttps://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0142961223001382产 品 推 荐近红外二区小动物活体荧光成像系统NirVivo-Pro 活体荧光成像系统是北京睿光科技自主研发的一款专门用于近红外二区的光学成像系统。该系统可实现高质量荧光图像的采集及图像处理，实时地观察基因在活体动物体内的表达、肿瘤的发生、生长、转移及药物的治疗效果，对同一个动物进行时间、环境、发展和治疗影响跟踪，可用于生命科学、医学研究及药物开发等应用领域。产品特点

大家好，本周为大家介绍一篇本课题组发表在ACS Chem. Biol.上的文章，Insights into Phosphorylation-Induced Protein Allostery and Conformational Dynamics of Glycogen Phosphorylase via Integrative Structural Mass Spectrometry and In Silico Modeling1。变构调节在自然界中广泛存在，可以用于调控细胞过程。糖原磷酸化酶（GP）是第一个被鉴定出的与变构调节相关的磷酸化蛋白。GP是一个分子量约196kD的同源二聚体蛋白，是糖代谢中重要的组分，也是2型糖尿病及癌症的靶点。AMP结合以及Ser14的磷酸化介导了GP的变构调节，使其构象从非活化的T-state GPb（未磷酸化状态）转变为活化的R-state GPa（磷酸化状态）。即使目前X-射线晶体学法解析出了GP的原子级蛋白结构，但受限于较大分子量，其结构动态性的检测较为困难，因此与GP变构调节相关的结构动态变化过程仍较为模糊。核磁共振（NMR）谱及分子动力学（MD）模拟等是探究蛋白质结构动态性的常用方法，但NMR分析存在分子量上限，且样品消耗量大，MD模拟的时间尺度和力场准确度有限。质谱（MS）法具有快速、灵敏的特点，是蛋白质结构、动态性以及构象变化分析中强有力的一款技术。氢氘交换质谱（HDX-MS）通过监测蛋白骨架酰胺氢原子与溶液中氘的交换来反映蛋白质构象动态性，因此适用于探究由配体、蛋白结合或共价修饰引起的蛋白质构象变化。同时，多个软件实现了由HDX-MS数据计算保护因子（PFs）和吉布斯自由能，从而提取残基水平的蛋白动态性信息。此外，在先前的工作中2, 3，我们整合了native MS和top-down方法（native top-down，nTD-MS技术），成功实现了多个蛋白复合物的一级序列到高阶结构等多方面信息的检测（包括测序、翻译后修饰、配体结合、结构稳定性、朝向等）。整合多种结构质谱法（整合结构质谱法）可以有效填补传统生物物理法中结构到动态性联系中的空缺，更好地表征变构调控现象。本文整合了HDX-MS、nTD-MS、PF分析、MD模拟以及变构信号分析检测了磷酸化介导的GP变构调控的结构和动态性基础，为GP的变构调控过程提供了见解。根据X-射线晶体学结构报道（图1a），T-state GPb转变为R-state GPa时，二聚体界面中N-末端尾部、α2、cap’（图1b）以及tower-tower helices区（图1c）发生了明显的结构重排，导致催化位点开放，从而底物磷酸吡哆醛（PLP）可以结合。尽管有晶体学报道，但与变构调控关联的构象动态性仍有待探寻。图1.（a）磷酸化介导T-state GPb（PDB：8GPB）向R-state GPa（PDB：1GPA）的构象转变；亚基相互作用界面：（b）C端区域和（c）tower-tower helices，GPb为蓝色，GPa为绿色。首先我们通过nTD-MS进行了检测。如图2a、b，谱图中观察到了GPb的单体和二聚体信号，其中二聚体为主要形式；GPa除了单体和二聚体外，谱图中还存在少量四聚体，但仍以二聚体为主要形式。当增加sampling cone（SC）电压时，GPb、GPa保留了其二聚体形式（图2c、d）。随后我们选择离子（29+）并在trap池中进行了碎裂（图2e、f、g、h），谱图低质荷比区GPa的碎片相对峰强度较GPb高，说明GP的二聚体互作界面较为稳定，且GPb亚基结构较GPa稳定。nTD-MS不仅能够探究GPb、GPa的结构差异，也能够为接下来的HDX-MS实验做好前期样品质量检查工作。图2.不同活化条件下GPb、GPa的nTD-MS谱图。（a、b）SC=40V；（c、d）SC=150V；（e、f）SC=150V、trap=100eV；（g，h）SC=150V、trap=200eV。左侧为GPb，右侧为GPa。随后我们进行了HDX-MS实验。图3a中展示了五个时间点的HDX heat map。图3b为通过PyHDX软件计算产生的PF值。其中N-端（1-22）以及tower helix前的loop区域（256-261）的氘代值较高、PF值较低，说明这些区域较为柔性或是结构较为无序。此外我们发现，tower-tower helices（262-276）区域的氘代值较低、PF值较高，表明helices的旋转可能是由前端可塑性铰链区触发的，而非helices本身的变形和重塑引起的，这些发现在晶体结构数据中均有吻合之处。除这两个区域外，GPa和GPb基本保持了稳定的整体结构。而从1μs原子级MD模拟计算得到的均方根波动（RMSF）和溶剂可及表面（SASA）中我们也发现（图3c），这两个区域数据与HDX-MS信息有所吻合，但MD模拟中部分区域未和HDX-MS相吻合的区域可能跟序列覆盖不足相关。图3. （a、d）GPb和GPa在不同标记时间下的氘代热图并映射到结构中（PDB: 1GPA）。（b、e）基于HDX-MS数据计算得到的PF值并映射到晶体结构中。（c、f）MD模拟中RMSF和SASA值并映射到结构中。从氘代差异图（图4a）中可以看出，4个区域呈氘代降低趋势（红色方框），多个区域呈氘代上升趋势（蓝色方框）（GPa-GPb）。而PF差的变化趋势与氘代变化趋势基本一致（图4b）。由数据可知，N-端和tower-tower helices的变化说明磷酸化介导的变构稳定了这两个区域，α1-cap-α2区域的动态性轻微下降。除此之外多个区域（尤其是tower-tower helices序列后的区域）均表现为PF值下降，说明相比于GPb，GPa催化位点附近的区域动态性增强了。接下来我们根据HDX kinetic plot特征将其进行了分类，并详细讨论了所属区域的变化。图4.（a）GPa-GPb HDX-MS的氘代差异图。（b）GPb到GPa PF的变化。 首先是N-端和C-端的变化（图5）。N-端残基1-22表现氘代下降，这说明N-端具有一定可塑性。受N-端区域磷酸化和结构变化影响，C-端区域也产生了一定的变化。此外，残基30-50（cap区）和残基111-117（α4back-loop）区表现氘代下降，而103-109（α4front）表现氘代上升。根据晶体结构推测，cap区和α4back-loop的氘代变化受N-末端变化影响，原有的残基相互作用被打破，形成新的残基间相互作用，同时这两个区域也经历了结构重排，因此表现出较明显的氘代变化。残基88-99（β2-α3）和残基125-141（β3-L-α6）氘代上升。总的来说，磷酸化使得cap′/α2界面互作增强了，同时磷酸化基团和精氨酸残基的静电相互作用是cap区产生变化的主要原因，而α1和α2起到锚定作用，其相对位置基本保持不变。图5.GPb（a）和GPa（b）的N-端和C-端区域的局部结构和HDX动力学曲线（c）。 此外，tower-tower helices（α7，残基262-278）区的变化同样值得关注（图6）。250s loop是表面暴露区域，未与其他区域发生接触，其氘代下降可能是因为自身结构的收缩。而肽段262-267和268-274氘代下降提示该区域可能发生了低周转率或强互作的结合反应。280s loop区氘代值上升。这些变化均说明，tower-tower helix的角度的改变不仅影响了二聚体界面结构，而且还影响了其靠近催化位点的周围区域。因此我们结合晶体结构推测，磷酸化和N-端相对位置的改变，使250s loop自身结构收缩，从而打破了Tyr262' -Pro281和Tyr262-Tyr280′之间的相互作用，导致两个亚基的tower helices发生相对滑动，倾斜角度增加。图6.GPb（a）和GPa（b）tower helix区域的局部结构和HDX动力学曲线（c）。 最后是催化位点、PLP结合位点和糖原存储位点的变化情况（图7）。催化位点周围多数区域均表现氘代上升趋势。我们推测，随着Pro281、Ile165和Asn133间的相互作用被打破，Arg569与Ile165、Pro281、Asn133间的互作也随之打破，因此催化位点和PLP结合位点周围的残基溶剂可及性上升，局部区域结构变得更为灵活，催化位点开放并转变为活化构象。糖原储存位点位于GP表面，距离催化位点30Å，除了α23（残基699−708）外，HDX-MS在糖原存储区没有观察到明显的变化。图7.GPb（a）和GPa（b）的催化位点和PLP（橙色）结合位点的局部结构和HDX动力学曲线（c）。结合以上所有数据，我们对磷酸化调节的动态机制进行了推测（流程图1）。磷酸化后，N-端尾部残基与acidic patch的互作被打破，也导致N-端尾部的有序化以及C-端尾部的无序化以及伴随的其他结构变化。通过在pSer14和Arg69和Arg43′之间形成新的盐桥，N-端残基被重定位，随之带来的是Asp838和His36′间的盐桥断裂。随着三级和四级结构的转变，250s loop收缩并发挥类似“门环”的作用，当其收缩时，Tyr262′-Pro281与Tyr262-Tyr280′之间的相互作用、276-279区与162-164区之间的氢键也被打破，导致tower helix发生相对滑动，tower-tower helices之间的作用被打破，同时将结构变化传递到催化位点。最后，280s loop和催化位点以及PLP结合位点附近的残基松动，通往催化位点和底物磷酸盐识别位点的通道打开，酶得以活化。流程图1.GP变构调节过程中，被打破（蓝色）或新形成的（红色）关键残基相互作用。 本文整合nTD-MS、HDX-MS、PF分析和MD模拟检测了GP磷酸化变构调节过程的结构和动态基础，通过该整合结构手段揭示了GP构象柔性、局部动态性以及长程变构调控构象变化中值得关注的信息。各个方法具有各自的优势，但也在一定层面存在局限，我们期待将HDX-MS信息与计算模拟信息进行更深度的整合以实现二者对蛋白质结构更精确的分析。撰稿：罗宇翔编辑：李惠琳原文：Insights into Phosphorylation-Induced Protein Allostery and Conformational Dynamics of Glycogen Phosphorylase via Integrative Structural Mass Spectrometry and In Silico Modeling李惠琳课题组网址：https://www.x-mol.com/groups/li_huilin参考文献1. Huang, J. Chu, X. Luo, Y. Wang, Y. Zhang, Y. Zhang, Y. Li, H., Insights into Phosphorylation-Induced Protein Allostery and Conformational Dynamics ofGlycogen Phosphorylase via Integrative Structural Mass Spectrometry and In Silico Modeling. ACS Chem. Biol. 2022.2. Li, H. Nguyen, H. H. Ogorzalek Loo, R. R. Campuzano, I. D. G. Loo, J. A., An integrated native mass spectrometry and top-down proteomics method that connects sequence to structure and function of macromolecular complexes. Nat. Chem. 2018, 10 (2), 139-148.3. Li, H. Wongkongkathep, P. Van Orden, S. L. Ogorzalek Loo, R. R. Loo, J. A., Revealing ligand binding sites and quantifying subunit variants of noncovalent protein complexes in a single native top-down FTICR MS experiment. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2014, 25 (12), 2060-8.

&ldquo 已婚夫妇经常是一个好团队，他们可以在实验室内外不断交换思想。&rdquo 未来或许我们还会看到更多诺奖&ldquo 夫妻档&rdquo 。 　　几天前，2014年诺贝尔生理医学奖授予了来自挪威的莫泽夫妇，这是迄今第5对获得诺贝尔奖的夫妻搭档。获奖后的莫泽夫妇晋升为&ldquo 诺奖夫妇俱乐部&rdquo 成员，该俱乐部的成员是获得过诺贝尔奖的多位科学家夫妇，包括玛丽· 居里和皮埃尔· 居里。 　　&ldquo 已婚夫妇经常是一个好团队，他们可以在实验室内外不断交换思想。&rdquo 位于瑞典首都斯德哥尔摩的的诺贝尔博物馆馆长古斯塔夫· 凯尔斯特兰德说，&ldquo 这是好的(研究途径)，因为你坐在实验室的时候，不一定会迸发出最好的观点。&rdquo 　　凯尔斯特兰德认为，诺贝尔奖得主往往倾向于&ldquo 将自己置于其他聪明且思想开放的人中间&rdquo ，更容易激发自己和他人的研究灵感。他预期，未来还会看到更多诺奖&ldquo 夫妻档&rdquo 。 　　莫泽夫妇 　　梅-布里特· 莫泽、爱德华· 莫泽 2014年诺贝尔生理学或医学奖 　　10月6日，诺贝尔生理或医学奖得主揭晓。约翰· 奥基夫与来自挪威的莫泽夫妇共同分享了本年度的奖项，他们发现了一种对方位感知具有重要意义的脑细胞。 　　莫泽夫妇都是挪威科技大学卡夫利科系统神经科学研究所和记忆生物学中心的教授，二人一起创始了这个研究中心，在过去数十年中领导了一系列脑机理的前沿研究。 　　继约翰· 奥基夫发现&ldquo 位置细胞&rdquo 后，2005年，莫泽夫妇发现了大脑定位系统的另一个关键组成部分。他们识别出了另一种神经细胞&ldquo 网格&rdquo ，网格细胞能产生坐标系，并进行精确的定位和路线找寻工作。他们的研究成果显示了大脑如何在网格细胞的帮助下确定地点和进行定位。 　　爱德华和迈-布里特的家庭都没有什么学术背景和氛围，爱德华曾在采访中提到，&ldquo 我们成长的地方，没有几个人受过大学教育，也没人会去要求。根本没有人知道要怎么去做这些事。&rdquo 而现在，他们的发现却让人类知晓大脑究竟如何创造出周围的空间地图，而人类又如何在复杂的环境中进行导向。 　　梅-布里特提及婚姻在她研究中的作用时说，她和丈夫有相同的愿景，乐于相互沟通和理解，并致力于解决两人共同关心的问题。 　　&ldquo 当突然想到一个问题的时候，你能马上(和丈夫)探讨，而不是(不得不)计划在一周、两周或三周后开一次会，效果截然不同。&rdquo 梅-布里特说。 　　居里夫妇 　　玛丽· 居里、皮埃尔· 居里 1903年诺贝尔物理学奖 　　居里夫妇的故事人们早已耳熟能详，因对放射性物质的研究，皮埃尔· 居里、玛丽· 居里夫妇一同获得了1903年诺贝尔物理学奖。 　　在索邦大学，皮埃尔· 居里与玛丽· 居里相识。他们两个经常在一起以成吨的工业废渣为原料，进行放射性物质的研究，因为这种矿石的总放射性比其所含有的铀的放射性还要强。 　　1898年，居里夫妇对这种现象提出了一个逻辑的推断：沥青铀矿石中必定含有某种未知的放射成分，其放射性远远大于铀的放射性。当年的12月26日，居里夫人公布了这种新物质存在的设想。 　　在此之后的几年中，居里夫妇不断地提炼沥青铀矿石中的放射成分。经过不懈的努力，他们终于成功地分离出了氯化镭并发现了两种新的化学元素：钋(Po)和镭(Ra)。因为他们在放射性物质上的发现和研究，居里夫妇和亨利· 贝克勒共同获得了1903年的诺贝尔物理学奖，居里夫人也因此成为了历史上第一个获得诺贝尔奖的女性。 　　约里奥-居里夫妇 　　伊雷娜· 约里奥-居里、弗雷德里克· 约里奥-居里 1935年诺贝尔化学奖 　　在居里夫妇荣膺诺奖32年后，居里家族的另一对夫妇再次走上诺贝尔奖的领奖台。 　　因合成新的放射性核素，弗雷德里克· 约里奥-居里和伊雷娜· 约里奥-居里共同获得了1935年诺贝尔化学奖。 　　伊雷娜· 约里奥-居里是居里夫人的长女，外国女性婚后通常随夫姓，而伊雷娜和弗雷德里克为纪念居里这一伟大姓氏，采取了夫妻双姓合一的方式。 　　约里奥-居里夫妇合作于1932年发现一种穿透性很强的辐射，后确定为中子 1934年发现人工放射性物质，并对裂变现象进行研究。 　　1935年约里奥-居里夫妇共获诺贝尔化学奖。1948年他们还领导建立了法国第一个核反应堆。 　　自从1934年约里奥-居里夫妇有了这个重大发现以后，物理学家们研究和发展了他们的方法。越来越多的、更大的粒子加速器问世了，从此，科学家们几乎能制取到每一种元素的放射性同位素。目前，所知的两千种以上的放射性同位素中，绝大多数都是人工制造的。现在，放射性同位素不但已广泛地运用于工业、农业、商业和国防工业等各个领域，而且对于推动某些学科的研究也产生了重大的影响，特别是对化学、生物学和医学更起了巨大的推动作用。这就使原子(核)能的和平利用变成了现实，极大地造福于人类。 　　同时，人造放射性核素的发现也为第一颗原子弹的制造提供了重要的启示。人类历史上第一颗原子弹的制造原理是费米提出的。然而，费米制造原子弹的程序完全是按照伊雷娜的人造放射性元素的理论和实践来编排的。伊雷娜· 约里奥-居里作为发现人造放射性同位素的先驱，其贡献将永远载入人类文明的史册。 　　科里夫妇 　　卡尔· 科里、吉蒂· 科里 1947年诺贝尔生理学或医学奖 　　1947年，卡尔· 科里、吉蒂· 科里夫妇因发现糖代谢中的酶促反应而被授予诺贝尔生理学或医学奖。 　　这对诺奖夫妇的相识发生在卡尔· 科里的大学时期。第一次世界大战期间，卡尔· 科里作为一名奥地利军队卫生团的中尉在意大利前线服役。回到大学之后他与未来的妻子吉蒂一起学习，并在1920年获得医学博士学位。 　　科里夫妇绝大部分时间都合作进行研究工作。从学生时代起就对临床前研究充满兴趣。他们第一篇合着的论文是关于人血清补体的免疫学研究。在赴美继续研究时，他们首先研究了动物体内糖的代谢与胰岛素和。肾上腺素的作用，证实了肿瘤在体外存在糖酵解。他们对糖类代谢的研究经历了整体动物、分离组织、组织提取物、分离酶和结晶的形式。 　　1936年他们分离得到了1一磷酸葡萄糖，即&ldquo 科里酯&rdquo ，并追踪到它的磷酸化酶的活性，可以催化多糖的分解和合成，使得在体外通过酶催化合成糖原和淀粉成为可能。接着，磷酸化酶和其他的酶类也得到了结晶。 　　科里夫妇一直对激素的作用机制有浓厚的兴趣，对脑下垂体做过一些研究。他们观察到垂体切除大鼠的糖原有明显升高，而血糖则明显降低，伴随着葡萄糖氧化的增加。接着，他们通过激素对己糖激酶作用的研究，发现一些垂体提取物体内体外均能抑制这种酶，而胰岛素恰恰可以对抗这种抑制。 　　1947年，科里夫妇因发现糖代谢过程中垂体激素对糖原的催化作用获诺贝尔生理学或医学奖，阿根廷科学家胡赛因研究脑下垂体激素对动物新陈代谢影响而共同获得这一奖项。 　　缪达尔夫妇 　　纲纳· 缪达尔 1974年诺贝尔经济学奖 阿尔瓦· 米达尔 1982年诺贝尔和平奖 　　1974年诺贝尔经济学奖 　　阿尔瓦· 米达尔 1982年诺贝尔和平奖 　　与之前的&ldquo 诺奖夫妻档&rdquo 不同，纲纳· 缪达尔与阿尔瓦· 米达尔这对夫妇从事着不同领域的工作，他们先后获得了诺贝尔奖的不同奖项。 　　纲纳· 缪达尔，瑞典经济学家、政治家。1974年，由于在货币和经济波动理论中的先驱工作，并且因为他们对经济、社会和制度现象的相互依赖关系的深刻分析，他与弗里德里希· 哈耶克教授共同获得诺贝尔经济学奖。 　　自从设立经济学奖以来，纲纳· 缪达尔和弗里德里希· 哈耶克的名字，始终在提议的获奖人名单之上：他们都曾以纯经济理论领城中的重要工作开始他们的研究事业。他们的早期工作主要在同一领城之内：经济波动理论和货币理论。从那时以来，两位经济学家已扩大了他们的视野，包括社会和制度现象的宽广方面。 　　在缪达尔的科学事业的早期，缪达尔显示了他在经济学中兴趣的广阔。他的书《经济理论发展中的政治因素》(1930)，是对政治价值在许多研究领域中如何被插进经济分析中。在另一部学术巨着《美国的两难：黑人问题和现代民主》中，缪达尔用文献证明了他把经济分析与一种广阔的社会学视野合起来的才能。缪达尔对发展中国家问题的广泛研究，性质和《美国的两难》非常一致。这也是最宽广意义上的经济学和社会学的研究，其中对政治的、制度的、人口的、教育的和健康的因素，赋予很重要性。 　　纲纳· 缪达尔的妻子，阿尔瓦· 米达尔同样是一位值得尊敬的女性。作为瑞典知名社会活动家，她在1982年与阿方索· 加西亚· 罗夫莱斯共同获得诺贝尔和平奖。 　　阿尔瓦· 米达尔是瑞典社会民主工党的资深党员，从1950年到1955年，她曾担任联合国教科文组织社会科学机构主席，并且是该职位的第一位女性负责人。1962年，她入选瑞典议会，并于1962年至1973年，代表瑞典出席在日内瓦的联合国裁军谈判会议。正是由于在裁军问题上的卓越工作，使她成为了1982年诺贝尔和平奖的获奖人之一。