内源性荧光

大家好，本周为大家分享一篇发表在mAbs上的综述，A perspective toward mass spectrometry-based de novo sequencing of endogenous antibodies1，通讯作者是来自荷兰乌得勒支大学Bijvoet生物分子研究中心的Albert J.R. Heck。　　据估计，人体可以产生的抗体理论序列超过1015种，这些序列是独一无二但又高度相似的，这使得它们的表征和测序非常复杂。抗体的结构从功能上分为Fab段和Fc段，其中Fab负责与抗原结合，具有高度变异性，这种突变主要集中在Fab段的互补决定区(CDR)，阐明这部分的序列对抗体的发现非常重要。 图1展示了用于抗体序列分析的三种组学策略。Bottom-up(BU)是最流行的测序方法，可以通过数据库匹配或完全的从头测序实现对抗体的序列分析，但主要用于高度纯化的重组抗体。第二种策略是通过将基于MS的技术与基因组学/转录组学相结合，例如全基因组测序或 BCR 测序，通过B细胞测序生成个性化序列数据库，将BU MS数据靶向该数据库搜索，是一个部分从头测序的流程。第三种策略是结合几种基于MS的de novo方法，如Top-down(TD)和Middle-down(MD)，旨在直接从临床样本中确定选定抗体克隆的完整序列，而无需其他组学数据的帮助。　　图1 基于MS的抗体测序的三种策略　　通过BU方法进行的从头测序需要高度的序列覆盖，理想情况下，抗体中的每个序列位置都由多个重叠的肽段支持。通过缩短酶的孵育时间、微波辅助水解，或使用具有协同序列特异性的多种酶，可以产生较长的肽段或较多的重叠序列。图2所示的工作使用总共9种蛋白酶(包括特异性和非特异性)成功地从头测序抗 FLAG-M2小鼠mAb全长。通过覆盖整个CDR的高分肽获得了高置信度的CDR序列，所选择的6条肽段来自5种不同蛋白酶的消化。　　图2 单克隆抗体Anti-FLAG M2的测序。　　对于抗体这种具有高度变异性的蛋白质，通常无法获得完整和准确的序列数据库来进行匹配。相反，可以使用来自基因组或转录组实验的同源序列。抗体种编码每个区域的基因可作为种系序列获得，基于序列对齐或序列标签提取的容错片段匹配算法可以使用同源数据库对实验确定的序列进行评分。同源序列数据库还可以作为种系模板来辅助从头测序肽段的组装。　　TD/MD策略虽存在对分子量较大蛋白的电离效率低、分辨率低等限制，但近年该领域的一些进展也报告了相对较高的序列覆盖率。Shaw 等人报道了使用现代仪器将完整的 mAb 在非变性状态下片段化(图3)。通过在单个串联 MS 实验中结合 ECD 和 HCD，获得了曲妥珠单抗 42% 的轻链序列覆盖率和 20% 的重链序列覆盖率。产生的碎片谱不仅包含多电荷主链碎片产物，还包含链间二硫键断裂产生的完整轻链。　　图3 轻链 (a) 和重链 (b) 片段图显示了曲妥珠单抗上 ECD 和 HCD 组合产生的序列覆盖率。二硫键用虚线表示，CDR3 区域以黄色高亮显示。(c)为完整曲妥珠单抗的 25+ 电荷态的相应碎片谱，插图显示了轻链的 9+ 电荷态和各种碎片离子。红色和蓝色碎片离子标签分别对应轻链和重链。星号表示质量选择的母离子。　　将抗体测序拓展到内源性抗体存在许多挑战。首先，血浆中单个克隆的中位浓度约为 1 µg/mL，比 mAb 低几个数量级，并且单个克隆的分离极具挑战性，使测序过程进一步复杂化 因为大多数软件工具专为组装单个抗体而设计，当数据代表几个相似的 Ig 序列时可能导致分析失败。此外，在复杂的内源性多克隆抗体混合物中，由于来自恒定区的序列信息被放大并抑制CDR的信号，因此通常无法检测到CDR区的关键序列。使用多组学方法，例如通过使用来自同一供体的基因组学或转录组学数据补充 BU MS 数据，可以绕过从头测序的一些具有挑战性的方面。　　Guthals等人报道了一个例子，使用糖蛋白B抗原从患者的血清中纯化抗体后，进行了完整质量和BU MS分析(图4c)。通过半自动软件PolyExtend用完整质量来检索抗体混合物中最丰富的物种的平均质量，并以此来约束BU MS数据导出的序列结果。在最近的一项研究中，Bondt等人从败血症患者的血清中制备IgG1的Fab亚基，成功地在不经过抗原特异性捕获的条件下，通过MD/BU结合和ETD活化的MS方法，在一个供体的血清中直接对一个高丰度的抗体克隆进行从头测序(图4d)。首先，从IMGT数据库中选择高度匹配的轻链和重链种系模板。然后用采集的从头测序数据来迭代和改进这些模板，产生最终的成熟序列。值得注意的是，确定的序列包含的突变比BCR测序研究报告的突变率所预期的要多，这表明蛋白质水平测序和基因水平测序之间存在潜在的差异。　　图4　　尽管从抗体混合物中重新组装序列仍然是艰巨的任务，但一些研究团队最近已经设法获得了令人兴奋的数据。随着现有方法的众多进步，很可能只需把这些碎片拼凑在一起，创建一个基于MS的方法，以更常规地用于抗体发现。所有近期发表的这些策略概念的验证为更高效的下一代方法铺平了道路。

一、项目基本情况1.项目编号：XHTC-HW-2023-1224项目名称：北京大学医学部内源性核酸-蛋白-糖质量分析仪预算金额：950.0000000 万元（人民币）采购需求：简要规格描述或项目基本概况介绍数量预算金额（万元）是否接受进口产品要求该系统可以对内源性核酸-蛋白-糖的精确质量进行分析，同时能够对核酸和蛋白的序列以及修饰进行解析。蛋白组学单次进样检出至少5000种蛋白，能够对单细胞蛋白组学样品进行分析，并有成熟的内源性大分子定量应用方案，具体详见采购需求。1套950是 合同履行期限：自合同签订生效后开始至双方合同义务完全履行后截止。本项目( 不接受 )联合体投标。2.项目编号：XHTC-HW-2023-1161项目名称：北京大学医学部纳升声波移液系统预算金额：417.0000000 万元（人民币）采购需求：简要规格描述或项目基本概况介绍数量预算金额（万元）是否接受进口产品用于水溶液和DMSO化合物文库的微量液体的转移操作，自动检测母板中的液体体积，并能提供快速精准的移液结果，液体转移完毕后提供转移报告，可实现任意孔到任意孔体积的转移。应用领域包括化合物文库的转移，高通量生化分析、新药开发研究、合成生物学、细胞学、蛋白质组学与基因组学高通量实验。 简化实验流程，缩短实验时间，缩小反应体系，对反应体系进行微小化处理，具体详见采购需求。1套417是 合同履行期限：自合同签订生效后开始至双方合同义务完全履行后截止。本项目( 不接受 )联合体投标。二、获取招标文件时间：2023年09月12日 至 2023年09月19日，每天上午9:00至12:00，下午13:00至16:00。（北京时间，法定节假日除外）地点：北京市海淀区莲花池东路39号西金大厦8层新华会议中心方式：需携带法人授权书原件及被授权人身份证复印件加盖公章。文件售后不退。未从采购代理机构获取招标文件并登记在案的潜在投标人均无资格参加投标。售价：￥500.0 元，本公告包含的招标文件售价总和三、对本次招标提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名 称：北京大学医学部　　　　　地址：北京市海淀区学院路38号　　　　　　　　联系方式：凌老师 010-82801359　　　　　　2.采购代理机构信息名 称：新华招标有限公司　　　　　　　　　　　　地　址：北京市海淀区莲花池东路39号西金大厦8层新华会议中心 　　　　　　　　　　　　联系方式：叶子青、赵静淑、王乙、刁玉蕊、杜女士、李硕、赵微 010-63905968　　　　　　　　　　　　3.项目联系方式项目联系人：叶子青、李硕、赵微、赵静淑电　话：　　010-63905968

大家好，本周为大家分享一篇发表在Anal Chem上的文章，Native Ambient Mass Spectrometry Enables Analysis of Intact Endogenous Protein Assemblies up to 145 kDa Directly from Tissue [1]。该文章的通讯作者是来自英国伯明翰大学的Helen J. Cooper教授。非变性原位质谱（native ambient mass spectrometry, NAMS）是一种新型的自上而下质谱分析方法。它结合非变性质谱和原位质谱的优势，可直接在蛋白质及其复合物的生理环境中进行对其进行无标记表征。NAMS可提供蛋白质结构、空间及瞬时相互作用的信息，具有直接从组织中分析内源性蛋白质组装体的巨大潜力。但是，目前，NAMS仅成功应用于直接检测低分子量 (图 1. 离子图像和 HCD MS2光谱表明大鼠脑中蛋白质复合物的亚基解离。(a) H&E染色的连续组织切片的光学图像。标签：Ce,小脑；C，大脑皮层；CC，胼胝体；F，穹窿；V，侧脑室区；Mb，中脑；Me，髓质和脑桥；H，海马；Th，丘脑；Ht，下丘脑；BG，基底神经节；OR，嗅觉区域。(b) Nano-DESI 全扫描质谱，代表光学图像中标记为“(b)”的像素。（c，d）巨噬细胞抑制因子同源三聚体显示均匀分布。（e，f）PGAM1同型二聚体分布。（g，h）MDH2同型二聚体分布。此外，作者在大鼠肾脏中鉴定了四种同源二聚体蛋白组件（61.2-94.2kDa），包括ω-酰胺酶 (61.2kDa)、MDH2 (66.4kDa)、苹果酸脱氢酶1 (MDH1, 72.8kDa) 和α-烯醇化酶 (94.2kDa)，并将其成像（图2）。其中观察到的α-烯醇化酶为金属结合形式，每个亚基上结合了2个Mg 2+离子。图 2. (a)大鼠肾脏的H&E染色连续切片显示皮质(C)和髓质(M)组织。(b)在MSI期间获得的大鼠肾皮质组织中单个nano-DESI 像素的示例全扫描质谱。(c, d)α-烯醇化酶同型二聚体。(e, f)苹果酸脱氢酶1。(g, h) MDH2同型二聚体。(i, j) ω-酰胺酶。研究还从大鼠肝组织中鉴定出同型三聚体鸟氨酸转氨甲酰酶（OTC，108.8kDa）和同型四聚体乳酸脱氢酶A（LDHA，145.4kDa）（图3）。其中，在全扫描模式下，nano-DESI可以检测到145.4kDa的LDHA的较弱信号。通过nano-DESI-PTCR MS2的进一步确认，检测到的物质确实为LDHA。图3. (a) 直接来自大鼠肝组织的完整OTC同源三聚体的nano-DESI-PTCR MS 2。(b) 完整OTC同源三聚体的nano-DESI-HCD MS2显示亚基质量为36.2kDa。(c)完整LDHA同源四聚体 (145.4kDa)的nanoESI-PTCR MS2。(d)完整LDHA 同源四聚体的nanoESI-HCDMS2。在此研究中，作者成功利用NAMS质谱分析方法，直接从组织中检测并鉴定出内源性蛋白质组装体，分子范围为37.0-145.4kDa，包括二聚体、三聚体以及四聚体。其中检测到的上限（145.4kDa）超出LESA MS报道的质量上限的两倍，比nano-DESI 报道过的质量上限高出100kDa。通过调整离子光学和高m /z的气体压力，或者后续仪器和方法的开发，NAMS有可能进一步突破145.4kDa的上限，检测到分子量更大的蛋白组装体。[1]Hale OJ, Hughes JW, Sisley EK, Cooper HJ. Native Ambient Mass Spectrometry Enables Analysis of Intact Endogenous Protein Assemblies up to 145 kDa Directly from Tissue. Anal Chem. 2022 Apr 12 94(14):5608-5614.[2]Hale OJ, Cooper HJ. Native Mass Spectrometry Imaging and In Situ Top-Down Identification of Intact Proteins Directly from Tissue. J Am Soc Mass Spectrom. 2020 Dec 2 31(12):2531-2537.