膜蛋白运动

加拿大和美国科学家联合研究小组开发出一种应用荧光光谱技术观察研究单个膜蛋白运动的新方法。膜蛋白的主要功能是控制细胞与其周边环境的离子交换。专家认为，该项研究成果有助于人们增强对离子通道的认识和了解。相关研究文章发表在最新出版的《美国国家科学院院报》上。 　　离子通道类似于一台小型纳米机器或纳米阀门，如果这些微小阀门运转失灵，将引发人体肌肉、中枢神经系统和心脏等发生各种遗传疾病。 　　与照相机的光圈原理相似，这些膜蛋白通过开启和关闭动作来控制细胞与其周边环境的离子交换运动，这种离子交换运动促成了沿着我们神经细胞的电信号的传输。这些细微阀门的尺寸大约是人眼瞳孔大小的百万分之一。加美科学家所采用的新技术可测量到单离子通道，并可研究离子通道内部不同部分之间如何进行信息沟通。 　　由加拿大蒙特利尔大学物理系教授里卡德.布朗克牵头的联合小组对基于4个同样的亚单元建立的钾离子通道进行了研究，这种钾离子通道形成了可以穿过膜的微细小孔，小孔能够打开和关闭以开通或阻断离子传导。 　　科学家使用新开发出的荧光光谱技术，区分出4个亚单元，首次实现了对4个亚单元的运动分别进行跟踪研究。他们发现，4个亚单元分子是协同发挥作用的，从而解释了为何在电生理学实验中没有在电流中发现中间级。该项研究成果解决了在该领域存在的长期争论：一个钾离子的4个亚单元究竟是各自独立发挥作用还是协同发挥作用。 　　布朗克博士表示，该项发现有助于增强人们对离子通道的认识和了解。其重要性在于，膜蛋白在人体中发挥着重要的作用，而且其基因突变会引发许多严重的遗传疾病，也因此它们是重要的药物标靶。

大家好，本周为大家分享一篇来自Angewandte Chemie - International Edition的文章：Infrared Multiphoton Dissociation Enables Top-Down Characterization of Membrane Protein Complexes and G ProteinCoupled Receptors[1]，文章的通讯作者是牛津大学化学系的Carol V. Robinson教授。　　非变性质谱(Native MS)是结构生物学中一个成熟的工具。在电喷雾电离过程中使用非变性缓冲液可以保存多组分蛋白质复合物之间的非共价相互作用，以及它们的配体、辅因子或其他结合蛋白。它可以用于探究蛋白质复合物的相互作用和功能，因为结合事件导致质量变化，可以在质谱仪中跟踪和剖析。然而，由于膜蛋白的疏水性，使得它们在传统的非变性质谱缓冲液中不溶且容易聚集，因此在非变性质谱中呈现出独特的挑战。目前采用的方法是将蛋白质复合物溶解到膜类似物中，例如：去垢剂、纳米脂质盘、两性聚合物等，再将这些膜类似物通过碰撞激活去除。其中去垢剂是应用的最广泛的一种。然而由于碰撞激活的能量在应用中受到限制，该方法并不能在质量分析前很好地去除去垢剂。此外，在非变性质谱条件下，键的断裂也受到非共价相互作用强度的影响(例如蛋白质-蛋白质、蛋白质-去垢剂剂以及去垢剂胶束内的相互作用)。　　基于光子的方法，如紫外光解离(UVPD)和红外多光子解离(IRMPD)已被证明有利于可溶性蛋白质及其复合物的Top-Down质谱分析。与此同时，基于光子的膜蛋白Top-Down模式的应用正在兴起。原理上，激光束路径中的离子被连续地驱动到振动激发态。因此，在基于光子的方法中，能量储蓄通常与前体离子的电荷状态和分子量无关。然而，电荷状态和分子量仍然会影响肽键解离需要的输入能量。先前报道的通过UVPD对79 kDa的五聚体的大电导机械敏感通道(MscL)Top-Down的断裂得到了令人印象深刻的54%的序列覆盖。然而，对于氨通道(AmtB)一个127 kDa的同源三聚体，通过碰撞激活和UVPD两种不同的方式破碎，仅实现了20%的序列覆盖率。事实上，相对较低的序列覆盖率是由于大分子量以及三聚体中增加的非共价相互作用影响的结果。尽管这些工具能够在非变性状态下实现Top-Down质谱分析，但其在膜蛋白表征中的应用仍不广泛。这就要求建立一种能使低电荷密度的高分子量蛋白质稳定地产生蛋白质序列离子的方法，而膜蛋白嵌入异质膜或膜类似物则使这一问题更加复杂。虽然IRMPD之前被用于从去垢剂中释放膜蛋白，但使用IRMPD对非变性的膜蛋白进行测序的研究相对较少。　　图1. (A)改进的Orbitrap Eclipse Tribrid的原理图，其中包括一个红外激光器直接进入四极线性离子阱(QLIT)的高压细胞。离子化的蛋白质胶束被转移到高压QLIT中，在那里整个离子群受到红外光子的照射，然后被转移到Orbitrap进行质量分析。通过调节激光输出功率(W)和照射时间(ms)，可以使膜蛋白从去垢剂胶束中完全解放出来。(B)三聚氨通道(AmtB)在3.0 W输出功率和200ms辐照时间下的非变性质谱。(C)在3.3 W输出功率和200ms辐照时间下AmtB的非变性质谱。　　因此，作者利用改进的Orbitrap Eclipse Tribrid质谱仪，与连续波远红外(IR) CO2激光器连接，使光束聚焦到双四极杆线性离子阱(QLIT)的高压池中(图1A)。红外激活可以有效地去除蛋白质复合物中的去垢剂胶束，随后通过IRMPD使得膜蛋白碎片化。在这种安排下，由纳米电喷雾电离产生的蛋白质复合物被转移到高压池中。在转移到Orbitrap进行检测或m/z分离和随后的碎片化之前，整个离子群将受到943cm-1红外光子的照射。利用红外的方法去除去垢剂胶束，红外激光有两个可调控参数:激光输出功率(高达60瓦)和照射时间(毫秒到秒)。因此，可以更好地控制从蛋白质胶束中释放膜蛋白，确保非变性复合物的保存，同时完全去除包裹复合物中的去垢剂。通过对激光输出功率和照射时间的优化，作者发现红外激活的参数是高度可调的，不同的激光功率和照射时间的组合也可以产生分辨率相当的谱图。其中例如在3.3 W下照射200 ms时，可以得到多个电荷态的三聚体峰(~6500 m/z)，也可以观察到三聚体与脂质结合的峰，而且对于图谱中的单体也能观察到与脂质结合的峰(图1C)。作者还对不同的去垢剂产生分辨率较高的图谱所需要红外参数进行了评估，从而评价了这几种去垢剂得到高分辨率图谱的难易程度(图2)。　　图2. 红外辐射去除膜蛋白离子中的去垢剂是高度可调的。增加激光输出功率对三种常用的MS兼容去垢剂(C8E4,G1和DDM) AmtB三聚体峰外观的影响。辐照时间固定为200 ms，激光输出功率分别为2.1、2.4、3.0和3.6 W。去垢剂在真空中按易去除的顺序显示，这是由完全释放膜蛋白复合物所需的激光输出功率决定的，从而在m/z光谱中产生良好分辨的电荷状态峰。为了探究IRMPD分离蛋白质和去垢剂胶束的机制，作者对三种不同的去垢剂：四聚乙二醇单辛醚(C8E4)、树突状低聚甘油(G1)和十二烷基-β-D-麦芽糖苷(DDM)的溶液相和气相红外光谱进行了表征，并利用密度泛函理论(DFT)计算得到了C8E4头部基团的红外谐波光谱，用来验证所得到的红外吸收光谱会受到振动耦合的影响，对于质子化的去垢剂离子，氢键和富氧去垢剂内的质子共享可以改变观察到的振动频率。结果表明C8E4胶束的溶液相吸收光谱包含一个与预期激光波数943cm-1重叠的显著带，这就解释了为何较低的激光能量可以将去垢剂胶束和蛋白质复合物分离。而在谐波光谱中在预期的激光波数处的确产生了峰，并推测该峰来自于O-H伸缩、C-C伸缩，C-H弯曲和C-O伸缩振动的耦合。而G1和DDM的最大吸收则偏离了943cm-1的预期波数，作者认为这是不同去垢剂氢键作用的结果。而蛋白质在真空中的红外吸收能力较弱，由此推测在IRMPD的过程中，去垢剂是主要的吸收对象。所以仅需要较低的能量就可以使蛋白质从复合物中剥离而不至于破坏蛋白质的非共价作用。完整的蛋白质离子还支持串联质谱的实验，为了得到蛋白质的序列信息，作者分离了m/z在6674处(电荷态为+19)的AmtB三聚体蛋白，并将其置于高激光输出功率(9 W)下照射5 ms，在m/z 1750~4000之间产生密集的多电荷态离子片段，并得到了26%的序列覆盖，这优于之前基于碰撞激活的方法(　　图3. 三聚体AmtB的IRMPD。(A)在m/z 6674处分离19+电荷态离子阱后，IRMPD后观察到的碎片离子MS2谱。多重带电碎片被高亮显示 来自相同地点的重复片段用虚线分组。为了清楚起见，许多指定的离子没有注释 (B)片段丰度相对于裂解原点(残基数)的条形图，其中丰度表示来自每个位点的片段归化一强度之和。条形图的颜色强度表示每个片段的加权平均电荷。将AmtB的拓扑域叠加在条形图上 α-螺旋跨膜区域用黄色方框表示，编号为1到11。跨膜区由质周环和细胞质环连接，用灰色线表示。(C)主干裂解位点覆盖在AmtB (PDB: 1U7G)的结构上。蓝色和红色阴影区域分别代表b型和y型离子。颜色强度对应于所分配片段的丰度。从气相分子动力学模拟中得到的高温(500 K)下的跨膜螺旋快照用虚线圈标出。为了验证这一个推测，作者又对另外两种GPCR蛋白：β -1-肾上腺素能受体(β1AR)和腺苷A2A受体(A2AR)用IRMPD进行了MS2图谱的测定，结果也观察到了片段离子相似的二级结构定位，在跨膜结构区域有着高丰度的片段，但是在二硫键相连的螺旋中并没有观察到丰富的离子片段。并再次利用分子动力学模拟研究了两种GPCR的结构对断裂的影响。在500 K下的最终结构中显示，两种GPCR中都保留了α-螺旋特征，并与观察到的裂解位点密切相关。此外，还对这两种蛋白进行了HCD和IRMPD的比较分析。对于β1AR, IRMPD产生的片段离子平均分子量为8866 Da，高于HCD产生的5843 Da。IRMPD产生的片段离子也保留了更高的平均电荷(4.7 + vs 3.6+ z)。最终，IRMPD的碎片化导致β1AR的序列覆盖率更高，为28%，而HCD为17%。在A2AR中也观察到类似的趋势，IRMPD的覆盖率为19%，而HCD为9%。　　总的来说，作者证明了可以在改进的Orbitrap Eclipse质谱仪的高压QLIT下，通过红外照射可以完全释放一系列去垢剂胶束中的膜蛋白。然后，通过增加激光输出功率，获得直接从膜蛋白及其复合物中释放的序列信息片段离子，证明红外光去除去垢剂是通用的和高度可控的，为保存和鉴定膜蛋白和配体之间脆弱的非共价相互作用构建了一个可靠的方法。而且还对片段离子的产生机制做了阐述，即质子可以通过沿蛋白质骨架迁移来稳定和诱导连续的肽键裂解。　　撰稿：李孟效　　编辑：李惠琳　　文章引用：Infrared Multiphoton Dissociation Enables Top-Down Characterization of Membrane Protein Complexes and G ProteinCoupled Receptors　　参考文献　　Lutomski, C.A., El-Baba, T.J., Hinkle, J.D., et al. Infrared multiphoton dissociation enables top-down characterization of membrane protein complexes and g protein-coupled receptors[J]. Angewandte Chemie-International Edition，2023.

p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 第一届磁共振网络会议(iCMR 2017)特邀报告 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 固体核磁共振技术在膜蛋白研究中的应用 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" & nbsp img title=" 王申林.jpg" style=" HEIGHT: 299px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/2ad81df9-84b8-4bfe-a8bb-1ace21c12d35.jpg" width=" 400" height=" 299" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 王申林 研究员 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 北京大学化学与分子工程学院 /strong /p p strong 　　报告摘要： /strong /p p 　　生物固体核磁共振技术是膜蛋白研究的新兴技术手段，其优势是可以在模拟生物膜的环境中研究膜蛋白的结构和动态学性质。在本次报告中，我们将介绍生物固体核磁共振技术的基本研究方法和分析策略，包括稳定同位素标记、核磁信号指认相关实验、顺磁NMR、结构解析方法等。我将结合经典案例，介绍固体核磁共振在七次跨膜蛋白、离子通道蛋白、调控蛋白等大分子量膜蛋白上的应用。 /p p strong 　　报告人简介： /strong /p p 　　王申林，理学博士，北京大学化学与分子工程学院、北京核磁共振中心研究员，博士生导师。2002年南开大学化学学院学士，2008年意大利佛罗伦萨大学博士，2009-2012加拿大Guelph大学博士后研究，2013年开始在北京大学担任教职。2008年入选海外优秀留学生奖学金，2010年得到加拿大健康研究院（CIHR）博士后资助，2015年入选第十一批“青年千人”计划。王申林研究员主要从事生物固体核磁共振研究，针对大分子量膜蛋白和RNA发展相应的固体核磁方法，包括核磁脉冲序列的设计，生物大分子稳定同位素标记的发展，顺磁NMR的应用， 蛋白质结构的固体核磁共振解析等。首次实现了快速魔教旋转条件下，基于1H固体NMR技术的RNA内氢键分析；首次实现了酵母表达体系的选择性13C同位素标记技术；完成了固体核磁共振解析的七次跨膜蛋白结构。相关工作发表在Nat. Methods, Chem Comm, Sci Rep, JACS，JBNMR等学术期刊。 /p p 　 strong 　报名链接： a title=" " href=" http://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/iCMR2017/" target=" _self" http://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/iCMR2017/ /a /strong /p p & nbsp /p

简单生物体的细胞，如细菌，以及人类细胞，都被一层膜包围着，它可以完成各种任务，包括保护细胞免受压力。在一个联合项目中，来自美因茨约翰内斯古腾堡大学 (JGU)、德国于利希研究中心（Forschungszentrum Jülich） 和海因里希海涅大学杜塞尔多夫 (HHU) 的研究人员在细菌中发现的一种膜蛋白与一组负责重塑和重建人体细胞膜。根据研究人员的说法，这两个蛋白质组之间没有联系之前是已知的。然而，此次研究过程中，通过冷冻电子显微镜，发现细菌和人类的膜蛋白惊人地相似。细菌应激反应大约 30 年前，噬菌体休克蛋白 (Psp) 系统在细菌中被发现。“今天，我们知道 Psp 系统会响应多种类型的膜应力而被激活。然而，一些分子细节仍然令人费解，” 美因茨约翰内斯古腾堡大学膜蛋白组负责人德克施耐德（Dirk Schneider） 教授解释说。 “这就是为什么我们决定仔细研究 Psp 系统的核心蛋白。”施耐德及其同事最近发现了 Psp 代表 IM30 如何在细胞膜上形成保护性地毯状结构以应对膜应力。在他们的最新工作中，他们仔细研究了噬菌体休克蛋白 A (PspA)，它在 Psp 系统中起着关键作用。 人类 酵母 细菌不同膜蛋白之间的结构相似性 [Benedikt Junglas、Dirk Schneider、Carsten Sachse]冷冻电子显微镜显示 PspA 形成长的螺旋形管，可以将生物膜包裹在内腔中。高分辨率图像首次显示了 PspA 如何局部溶解单个膜，然后将它们重塑为更大的单元，甚至介导新膜结构的形成。PspA 的原子低温电子显微结构：细长的分子是螺旋纳米棒的基本构建块（左）。灰度低温电子显微照片和示意图模型显示了掺入脂质的 PspA 管。“数千个 PspA 构建块可以组装成大型螺旋结构。因此，它们是我们冷冻电子显微结构分析的理想研究对象，”来自 Forschungszentrum Jülich 和 HHU Düsseldorf 的 Carsten Sachse 教授说。“在显微镜下，我们意识到 PspA 具有类似于 ESCRT-III 蛋白质的结构，我们的实验室已经在研究它，”他补充道。“这完全出人意料，表明阐明蛋白质结构是多么重要细节......数十亿年后，这两组蛋白质在遗传上已经发生了分歧，以至于只能根据它们的结构来检测它们的相似性。”“基于 PspA 和真核 ESCRT-III 蛋白的相似结构和功能特性，我们已将 PspA 鉴定为进化上保守的 ESCRT-III 膜重塑蛋白超家族的细菌成员，”作者在 Cell 中写道。研究发表在Cell 《细胞》上。符斌 供稿

Toxic, hot, and spicy: Nanodiscs improve membrane protein resolution in cryo-EM(作者：Cube Biotech)Nanodisc结合冷冻电镜应用时 ，Nanodisc提升了通过冷冻电镜对膜蛋白的解析率，同时揭示了功能性磷脂所扮演的重要角色。The last few years have seen a tremendous increase in high-resolution protein structures solved by cryo electron microscopy (cryo-EM). Novel electron detecting cameras and sophisticated analysis software have expanded the capacity of cryo-EM to smaller and asymmetric proteins (1). As a true competitor to X-ray crystallography, cryo-EM is particularly interesting for hard-to-crystallize targets such as membrane proteins.在过去的几年里，使用冷冻电子显微镜（冷冻电镜）对蛋白结构高分辨率结构解析的应用有着很大地增长。新型的电子探测相机和复杂的分析软件使冷冻电镜的应用延伸到更小和不对称的蛋白结构解析（1）。作为X射线晶体法的真正强势的替代方法，冷冻电镜能把如膜蛋白等难以结晶的蛋白作为应用目标，并引起了各界广泛的兴趣。The importance of sample preparation methods for high-resolution cryo-EM data cannot be underestimated. Two recent Nature publications have shown that nanodiscs are not only excellent tools for membrane protein stabilization, but that they can also improve resolution, in particular of the transmembrane region, and enable analysis of interacting phospholipids.在应用的过程中，样品制备方法对得到高分辨率冷冻电镜数据的重要性是不可低估的。从最近的两篇发表到Nature的文章来看，Nanodisc不仅是膜蛋白稳定的优良工具，而且它也可以提高在电镜解析的分辨率，特别是膜蛋白的跨膜部分，同时能实现磷脂相互作用的分析。Toxic: Near-atomic detail of a bacterial Tc toxin membrane insertion (2). Stefan Raunser' s team at the Max-Planck Institute in Dortmund, Germany unveiled the mechanism used by bacterial Tc toxin as it enters the cell. Besides the high medical relevance of this project - Tc toxins include anthrax, plague, and scarlet-like fever toxins - the conformational changes these toxins undergo are simply fascinating. Secreted by bacteria as soluble proteins, toxins fold into channels that perforate the host membrane by a putative entropic spring mechanism. In previous attempts with detergent-solubilized protein, it was not possible to resolve the transmembrane region of the toxin. Now, using nanodisc-stabilized TcdA1 protein, researchers were able to achieve an overall resolution of 3.5 Angstrom, allowing them to describe this mechanically enforced membrane insertion mechanism for the first time.Toxic: Near-atomic detail of a bacterial Tc toxin membrane insertion (2)。德国马克斯普朗克研究所的Stefan Raunser团队阐述了细菌Tc毒素进入细胞的机制。除了这个项目的高度医学相关性价值外( Tc毒素包括炭疽，鼠疫，猩红热样毒素)这些毒素所经历的构象变化是有极大吸引力的。由细菌分泌的可溶性蛋白，毒素折叠成通道穿过宿主细胞膜。以前尝试使用去污剂溶解带跨膜区域蛋白进行分析，并不能很好地解析带跨膜区域的毒素。而现在使用Nanodisc稳定TcdA1蛋白，研究人员能够获得到3.5埃的解析度，这让他们有机会首先发现并描述了这种机械的强制膜插入的机制。阅读更多Nature原文Hot & spicy: Functional lipids enable detection of heat and hot spices (3). Yifan Cheng' s team at UCSF analyzed the tetrameric transient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1) ion channel at 2.9 Angstrom resolution. TRPV1 reacts to many physical and chemical stimuli, including heat and capsaicin, an ingredient of chilli peppers. Nanodiscs were crucial to obtain a high resolution structure, as previous attempts with amphipol-stabilized complexes had only yielded a 3.8 A resolution.But nanodiscs played another important role in this analysis: By providing a phospholipid bilayer,they enabled the discovery of lipids with a structural function in ligand binding. Similar to the results of the Dortmund group, the transmembrane regions were those with the highest resolution, stressing the value of nanodiscs for cryo-EM analysis.Hot & spicy: Functional lipids enable detection of heat and hot spices (3).加州大学旧金山分校的程亦凡团队分析了瞬态电压感受器阳离子通道1(TRPV1一种在疼痛和热知觉中起中心作用的蛋白质）在2.9埃分辨率离子通道结构。TRPV1对许多物理和化学刺激，包括热、辣椒素(一种辣椒的成分)都有反应。Nanodisc是此研究中获得高分辨率的结构十分重要的因素，而以前的尝试使用双极性稳定复合物只得到了3.8个埃的分辨率。在这一研究中，Nanodisc还扮演了另一个非常重要的角色：通过提供一个磷脂双分子层，研究人员得以发现磷脂具有配基结合的结构功能。类似于Stefan Raunser团队的结果，跨膜区具有最高的分辨率，大大提升了Nanodisc在结合冷冻电镜分析膜蛋白应用中的价值。阅读更多Nature原文参考文献：1.Kühlbrandt, W. Cryo-EM enters a new era. eLIFE (2014) doi:10.7554/eLife.036782. Gatsogiannis, C. et al. Membrane insertion of aTc toxin in near-atomic detail. Nature structural and molecular biology (2016),23,884-890. doi:10.1038/nsmb.32813.Gao, Y. et al. TRPV1 structures in nanodiscs reveal mechanisms of ligand and lipid action. Nature (2016) 534(7607):347-351. doi:10.1038/nature17964

01研究背景膜蛋白生命活动中具有重要作用，也是重要的药物靶点，而膜蛋白在进行互作研究过程中会有许多难点：1. 膜蛋白一般需要去垢剂来模拟脂质生物环境。对于基于固定的互作技术，去垢剂会增加背景信号，或者存在参比通道和样品通道背景不同的可能。2. 膜蛋白结构复杂，且与配体结合后可能发生变构。因此研究互作时，膜蛋白的正确构象至关重要。基于固定的技术可能阻碍变构过程，或者在固定和再生过程中破坏膜蛋白的构象。3. 膜蛋白的表达量低、纯化难，因此需要消耗量少的方法进行检测。本期文献解读，讲述如何利用MST及nanoDSF的手段来进行膜蛋白互作研究的故事。02研究内容2024年3月15日，上海科技大学张璐研究员/饶子和院士团队在Nature Microbiology发表题为“Structural analysis of phosphoribosyltransferase-mediated cell wall precursor synthesis in Mycobacterium tuberculosis”的研究，解析结核分枝杆菌全新药物靶标——膜蛋白磷酸核糖转移酶Rv3806c与其受体底物DP和供体底物PRPP结合复合物的精细三维结构，为研究Rv3806c作为新靶点的靶向性药物研发提供了重要的理论基础。https://doi.org/10.1038/s41564-024-01643-8IF: 28.3 Q1通过对Rv3806c与供体底物PRPP复合物结构分析，推测可能影响Rv3806c结合和酶活的位点，并通过MST进行大量突变Rv3806c亲和力检测进行验证。Rv3806c为膜蛋白，并且在脂质环境中以三聚体形式组装。实验种共有10种突变体需进行Kd检测，每次实验均进行了5次重复。MST进行一次亲和力检测时，仅需32pmol、1μg的膜蛋白Rv3806c，大大节约蛋白消耗量。此外，MST技术是在溶液条件下进行，无需固定，且兼容去垢剂，使膜蛋白能保持正确的构象，甚至可以完成nanodisc或者膜提取物形式的膜蛋白亲和力检测，从而可以轻松表征膜蛋白Rv3806c多种突变体与底物PRPP的亲和力。图示：MST测定PRPP与WT-Rv3806c及突变体的结合亲和力此外，研究发现，供体底物PRPP通过一个Mg2+结合在TM螺旋束-1的空腔。为了研究Mg2+对Rv3806c结合供体底物PRPP的作用，作者使用MST和nanoDSF技术检测存在或不存在Mg2+时，Rv3806c与底物PRPP的结合。NanoDSF技术通过监测蛋白内源荧光的变化来表征蛋白结构，无需加入外源荧光染料，兼容去垢剂。使用GDN纯化的Rv3806c完成MST亲和力实验和nanoDSF的热迁移实验，结果显示Mg2+对于PRPP的结合至关重要。图示：MST分析在Mg2+存在或不存在的情况下，PRPP与Rv3806c的结合亲和力。在没有Mg2+的情况下，结合亲和力急剧下降，而在金属螯合剂EDTA的存在下，没有检测到结合。图示：在Mg2+、PRPP和EDTA存在或不存在的情况下，纯化后的Rv3806c的nanoDSF热稳定性分析。PRPP-Mg2+存在时Rv3806c表现出最高的热稳定性。03技术优势在这篇工作中，通过MST技术及nanoDSF技术，确定了膜蛋白Rv3806c与PRPP结合的关键残基，以及Mg2+在互作过程中的关键作用。对于分子互作亲和力的检测，Monolith系列仪器无需固定样品，且不限制缓冲条件，蛋白用量少，可以在溶液中表征膜蛋白与小分子的亲和力。Promethus系列仪器，以nanoDSF技术为核心，通过检测蛋白内源荧光监测蛋白的稳定性，无需外源荧光染料，兼容去垢剂，低浓度也可轻松表征，在膜蛋白稳定性分析和TSA互作定性研究上具有显著优势。-Monolith分子互作检测仪--PR Panta蛋白稳定性分析仪-

特异性检测新冠病毒复制过程中的亚基因组RNA（sgRNA），对于确定疫苗、单克隆抗体和抗病毒药物的保护和治疗效果至关重要。通过检测新冠病毒sgRNA，可有效区分具有感染性的活病毒和灭活病毒。sgRNA是在进入细胞后产生的，与成熟的病毒粒子结合较差，因此可作为活跃复制的病毒的标记。近日中国计量院研制了新冠病毒核衣壳蛋白和包膜蛋白亚基因组RNA标准物质，可以作为测量标准，用于新冠病毒核衣壳蛋白基因（N）和包膜蛋白基因（E）的亚基因组RNA的定性和定量测量，以及测量方法的确认和质量控制。标准物质定值方法为针对核衣壳蛋白和包膜蛋白亚基因组序列设计的特异性数字PCR方法，同时采用经过国际比对验证的另一独立的数字PCR方法对量值进行了核验。该标准物质包括了5个不同水平的新冠病毒核衣壳蛋白基因（N）和包膜蛋白基因（E）的亚基因组RNA。特性量值为每管溶液中含有的核衣壳蛋白和包膜蛋白亚基因组RNA的拷贝数浓度。具体量值见表1。表1.新型冠状病毒核衣壳蛋白和包膜蛋白亚基因组RNA标准物质特性量值NIM-RM5223 新型冠状病毒核壳蛋白和包膜蛋白亚基因组RNA标准物质截至目前，中国计量院共研制了核酸、抗原和抗体等24种新冠病毒标准物质。这些标准物质可应用于方法建立、方法验证、质量控制、试剂性能评估、验证与评价等多方面，截止11月，已经广泛应用于全国30个省市的近700家单位，为保障核酸检测结果准确、可比、可溯源，提供了重要支撑。

p 　　近日，英国皇家学会院士、美国科学院外籍院士、英国皇家化学会候任主席、牛津大学Doctor Lee冠名教授Carol Robinson教授在上海交通大学做客第95期大师讲坛，为交大师生带来题为“Mass spectrometry-from folding proteins to rotating motors”的精彩报告。 /p p style=" text-align: center " img width=" 350" height=" 473" title=" 001.jpg" style=" width: 350px height: 473px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/9c5b334e-bdec-4b44-ae4d-2e6ca2dbdf7e.jpg" border=" 0" vspace=" 0" hspace=" 0" / /p p 　　质谱分析是目前蛋白质研究的最重要工具之一。Carol Robinson教授介绍了质谱的原理和自己探寻质谱研究的历程，阐述了她领导的团队在 strong 质谱技术优化和应用质谱分析百万道尔顿级膜蛋白研究方面的进展 /strong 。关于质谱在生物领域的应用，她介绍了2002年诺贝尔化学奖获得者J. B. Fenn和K. Tanaka做出的贡献。在蛋白质的结构研究方面，她强调了对受体膜蛋白性质的研究在药物设计和研发领域的重要地位。 /p p 　　 strong Carol Robinson教授介绍，她的研究团队将膜蛋白溶入洗涤剂溶液，并通过毫微电喷雾电离汽化质谱技术对膜蛋白与脂类小分子之间的相互作用及计量性质和其自身在小分子稳定作用下的折叠过程进行了探索和研究。 /strong 在结合诸如离子淌度法、核磁共振法等其它技术后，进一步提取出更多关于折叠膜蛋白的拓扑结构信息和性质。Carol Robinson教授团队从1993年开始应用质谱分析证实了蛋白质折叠与伴侣分子稳定效果的关系，并于2008年使用质谱分析研究疏水膜蛋白并取得突破。最近，她的团队对螺旋低聚膜蛋白在界面脂分子作用下的稳定效果进行量化，取得的成果发表在Nature及Science系列期刊上。她展示了原始的质谱分析例图，讲解了如何使用图谱判断样品蛋白是否折叠，并讲解了在旋转马达ATP合成膜蛋白内部的亚单位相互作用及折叠机制。 /p p 　　Carol Robinson教授总结，质谱分析对膜蛋白方面的研究意义重大，具有独特性和创新性。她指出，自己在最初决定进行这方面研究时遇到了很大困难和阻力，并因此鼓励年轻人不必拘泥形式，要敢于设计实验。 /p p 　　在提问环节中，Carol Robinson教授回答了研究中遇到的困难、质谱与冷冻电镜等分析方法在生物结构研究方面的应用和蛋白质在真空中折叠的机理与现实环境中的区别等问题。Carol Robinson教授还和同学们探讨了如何平衡家庭和学术事业等话题。 /p p 　　大师讲坛学生组委会向 Carol Robinson教授赠送了精心制作的泥塑人像作为纪念品，以表达交大学子对她到访由的衷感谢和诚挚祝福。 /p p 　　【嘉宾介绍】 /p p 　　Carol Robinson，英国皇家学会院士、美国科学院外籍院士、英国皇家化学会候任主席。现担任牛津大学化学系Doctor Lee冠名教授，牛津大学埃克塞特学院教授会员。她1982于剑桥大学获得博士学位，先后在基尔大学、牛津大学、剑桥大学工作。她2001年晋升为剑桥大学历史上第一位女教授，2011年被英国皇家学会授予跨领域奖，2013年在新年授勋中被授予大英帝国爵级司令勋章，2015年获得世界杰出女科学家成就奖。 /p p 　　【背景介绍】 /p p 　　质谱是一种通过ESI和MALDI等方法电离分子并根据其质荷比进行记录的分析方法，在化学及结构生物领域有着广泛的应用。使用质谱法分析膜蛋白质要求电离蛋白质分子，同时不破坏其分子结构。 /p p 　　Carol Robinson教授长期从事质谱相关领域的研究。她在对生物高分子配合物进行汽化以用于质谱法分析领域进行了大量突破性研究，并在使用质谱研究例如膜蛋白等大配合物结构方面做出了杰出贡献。Carol Robinson教授以第一作者或通讯作者在Nature和Science等杂志上发表了一系列文章，是质谱在化学、生物等领域研究方面的权威学者。 /p p & nbsp /p

p strong 仪器信息网讯 /strong 　 第六届全国冷冻电子显微学与结构生物学专题研讨会在北京隆重召开，研讨会由中国生物物理学会冷冻电子显微学分会(以下简称：中国冷冻电镜分会)主办，北京大学承办，中国电子显微镜学会低温电镜专业委员会协办。18日上午，生物大分子复合物的高分辨率动态结构专题报告会作为大会三大专题之一，在中国科学技术大学蔡刚教授和国家蛋白质科学中心(上海)丛尧研究员联合主持下，顺利召开。上午的会议围绕“膜蛋白复合物”共安排了11个专题报告，吸引了来自海内外400多名代表与会。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/9ac8f2be-f797-4b8b-925c-19f6d71f8f94.jpg" title=" 会场.jpg" alt=" 会场.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　研讨会现场 /p p 　　抗生素耐药性已成为全球健康威胁，革兰氏阴性细菌是最难对付的病原体之一，主要是由于它们独特的“外膜”阻止了大多数抗生素进入细胞。脂多糖(LPS)是外膜的主要成分，在限制抗生素的进入中起着至关重要的作用。美国哈佛医学院廖茂富教授的《High-resolution views of lipopolysaccharide transport driven by bacterial ABC transporters》报告使用高分辨率单粒子Cryo-EM来揭示这些分子机器的机制。理解和靶向LPS生物合成对于开发新型抗生素以穿透外膜并杀死革兰氏阴性细菌至关重要。在组装到外膜之前，LPS必须穿过内膜、周质和外部构件，这个非凡的旅程由两个必需的ATP-binding cassette(ABC)转运蛋白来提供动力：MsbA和LptB2FGC。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 283px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/3d990b6a-e671-45cc-b619-27fa72ad4d41.jpg" title=" 廖茂富.jpg" alt=" 廖茂富.jpg" width=" 450" vspace=" 0" height=" 283" border=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　廖茂富作《High-resolution views of lipopolysaccharide transport driven by bacterial ABC transporters》报告 /p p 　　在植物中，高渗性刺激能触发渗透通道的开放，导致细胞溶质钙浓度升高而引发快速的下游信号级联。拟南芥中OSCA家族的成员，被认为在高渗应激反应的初始阶段发挥关键作用。 在这里，中国科学技术大学孙林峰教授《Structure of the hyperosmolality-gated calcium permeable channel OSCA1.2》报告通过单粒子冷冻电子显微镜确定了拟南芥OSCA1.2的原子结构。 拟南芥OSCA1.2是含有11个跨膜螺旋并形成的同型二聚体，处于灭活状态下，被清楚地识别出孔隙里残留物 其胞质结构域包含RNA识别基序和两个独特的长螺旋，这两个螺旋之间的连接体在脂质双层中形成锚，并且可能是渗透传递所必需的。 研究显示，AtOSCA1.2的结构可作为研究渗透胁迫响应和机械传感潜在机制的平台。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 283px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/bbaafb19-ff20-4ad7-b76f-295737c6953c.jpg" title=" 孙林峰.jpg" alt=" 孙林峰.jpg" width=" 450" vspace=" 0" height=" 283" border=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　孙林峰作《Structure of the hyperosmolality-gated calcium permeable channel OSCA1.2》报告 /p p 　　北京大学李龙副教授作《Structure of a substrate engaged SecASecY protein translocation machine》报告。通过蛋白质传导通道SecY / Sec61的蛋白质易位是原核生物和真核生物的常见细胞过程。在原核生物中，SecY通道与ATP酶SecA合作，在蛋白质翻译后将分泌蛋白质移过膜。目前尚不清楚SecA-SecY复合物如何转移其高度多样化的蛋白质底物。李龙组装了由SecA，SecY和多肽底物组成的蛋白质易位中间体，并确定了其在脂质环境中的Cryo-EM结构。研究结果显示，多肽底物被捕获在复合物的中心 SecA的夹子紧紧地保持多肽，SecA的双螺旋指状物将多肽引导至SecY的中央通道。李龙认为，该结构定义了ATP水解驱动蛋白质易位的关键步骤。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 283px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/8ece8079-a629-4258-b296-571ef9db56a3.jpg" title=" 李龙.jpg" alt=" 李龙.jpg" width=" 450" vspace=" 0" height=" 283" border=" 0" / /p p 　　李龙作《Structure of a substrate engaged SecASecY protein translocation machine》报告 /p p 　　β-氧化是分解脂肪酸分子以产生能量的基本代谢途径。TFP在此过程中催化三种反应，并且TFP亚基中的突变会引起诸如TFP缺乏和妊娠急性脂肪肝的疾病。尽管TFP催化反应几乎在所有主要的生物化学教科书中都有详细记载，但人类TFP的结构尚不清楚。北京大学肖俊宇研究员作《Cryo-EM structure of human mitochondrial trifunctional protein》报告，研究中使用cryo-EM单粒子重建方法，确定了人类TFP的4.2Å 2四聚体结构。研究结果为TFP功能研究提供了结构基础，并对脂肪酸氧化相关疾病具有重要意义。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 283px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/aa32d868-23c6-449b-94c0-9ee6f4482019.jpg" title=" 肖俊宇.jpg" alt=" 肖俊宇.jpg" width=" 450" vspace=" 0" height=" 283" border=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　肖俊宇作《Cryo-EM structure of human mitochondrial trifunctional protein》报告 /p p 　　围绕会议主题，主办方还组织了其他7个专题报告，中国科学技术大学陈宇星教授作《Cryo-EM structure and transport mechanism of a wall teichoic acid ABC transporter》报告 浙江大学张岩教授作《Conformational dynamics and heterogeneity of GPCR signaling complexes》报告 美国哈佛医学院李宗利教授作《Cryo-EM structures of TRPC4/TRPC5 ion channels》报告 香港科技大学党尚宇作《Investigation of TMEM16 family proteins using single particle Cryo-EM》报告 美国国立卫生研究院吴雄武教授作《Cryo-EM and molecular simulation study of glutamate receptor activation mechanism》报告 西湖大学周强研究员作《Structure of the human LAT1-4F2hc heteromeric amino acid transporter complex》报告 南方科技大学龚欣副教授作《Inhibition of tetrameric Patched1 by Sonic Hedgehog through an asymmetric paradigm》报告。 /p p br/ /p

p style=" background-color: transparent color: rgb(0, 0, 0) font-family: sans-serif font-size: 16px font-style: normal font-variant: normal font-weight: 400 letter-spacing: normal margin-bottom: 5px margin-left: 0px margin-right: 0px margin-top: 5px orphans: 2 text-align: left text-decoration: none text-indent: 32px text-transform: none -webkit-text-stroke-width: 0px white-space: normal word-spacing: 0px " 在分子水平上，一个生物体的生理功能在很大程度上由它所表达的蛋白质决定，并且在大多数疾病病例中，蛋白质的功能失常往往是疾病的根本原因。 /p p style=" text-align: center" img width=" 450" height=" 253" title=" 1.jpg" style=" width: 450px height: 253px max-height: 100% max-width: 100% " alt=" 1.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/67177d96-8d66-49b6-a9b3-805788370fe0.jpg" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" background-color: transparent color: rgb(0, 0, 0) font-family: sans-serif font-size: 16px font-style: normal font-variant: normal font-weight: 400 letter-spacing: normal margin-bottom: 5px margin-left: 0px margin-right: 0px margin-top: 5px orphans: 2 text-align: left text-decoration: none text-indent: 32px text-transform: none -webkit-text-stroke-width: 0px white-space: normal word-spacing: 0px " 与传统的故障排查和维修一样，蛋白质的功能失常要找到问题根源进行修复，必须了解它是如何构建的，以及维持其各个功能的组件。而冷冻电镜技术（cryo-EM）正是可以帮助我们解读蛋白质等重要细胞机制的结构生物学。 /p p style=" background-color: transparent color: rgb(0, 0, 0) font-family: sans-serif font-size: 16px font-style: normal font-variant: normal font-weight: 400 letter-spacing: normal margin-bottom: 5px margin-left: 0px margin-right: 0px margin-top: 5px orphans: 2 text-align: left text-decoration: none text-indent: 32px text-transform: none -webkit-text-stroke-width: 0px white-space: normal word-spacing: 0px " 近期，国外媒体采访了格罗宁根大学(University of Groningen) 结构生物学系高分辨率cryo-EM负责人Cristina Paulino（助理教授），请其介绍了cryo-EM在其团队研究膜蛋白结构和功能方面所发挥的重要作用。 /p p style=" background-color: transparent color: rgb(0, 0, 0) font-family: sans-serif font-size: 16px font-style: normal font-variant: normal font-weight: 400 letter-spacing: normal margin-bottom: 5px margin-left: 0px margin-right: 0px margin-top: 5px orphans: 2 text-align: left text-decoration: none text-indent: 32px text-transform: none -webkit-text-stroke-width: 0px white-space: normal word-spacing: 0px " strong 媒体：研究膜转运蛋白的机制及结构的重要意义？您通常研究哪些特定类型的膜转运蛋白？为什么？ /strong /p p style=" background-color: transparent color: rgb(0, 0, 0) font-family: sans-serif font-size: 16px font-style: normal font-variant: normal font-weight: 400 letter-spacing: normal margin-bottom: 5px margin-left: 0px margin-right: 0px margin-top: 5px orphans: 2 text-align: left text-decoration: none text-indent: 32px text-transform: none -webkit-text-stroke-width: 0px white-space: normal word-spacing: 0px " strong Cristina Paulino（CP）： /strong 获得结构性见解是解开蛋白质作用机制的基础。将蛋白质功能和生理数据相结合时，我们能够详细了解这些蛋白质如何运作，了解它们为什么以及如何发生故障，疾病的原因是什么以及我们如何解决它。我喜欢将蛋白质结构比作“组装机器的蓝图”。虽然遗传学和生物化学有助于理解蛋白质的生理作用，但结构生物学揭示了这些纳米机器的外观以及它们的连接方式。只有这样，我们才能理性地理解它们并利用这些知识来修复、设计或阻止它们。例如，基于结构的药物设计等。 /p p style=" background-color: transparent color: rgb(0, 0, 0) font-family: sans-serif font-size: 16px font-style: normal font-variant: normal font-weight: 400 letter-spacing: normal margin-bottom: 5px margin-left: 0px margin-right: 0px margin-top: 5px orphans: 2 text-align: left text-decoration: none text-indent: 32px text-transform: none -webkit-text-stroke-width: 0px white-space: normal word-spacing: 0px " 我的研究重点是阐明嵌入膜中的蛋白质的作用机制，特别是膜转运蛋白和通道的作用机制。尽管膜蛋白具有高药理学相关性（目前超过60％市售药物的目标膜蛋白），但对膜蛋白的结构-功能-关系的研究还很少，需要生物学、化学和物理学等跨学科方法交叉研究。 /p p style=" background-color: transparent color: rgb(0, 0, 0) font-family: sans-serif font-size: 16px font-style: normal font-variant: normal font-weight: 400 letter-spacing: normal margin-bottom: 5px margin-left: 0px margin-right: 0px margin-top: 5px orphans: 2 text-align: left text-decoration: none text-indent: 32px text-transform: none -webkit-text-stroke-width: 0px white-space: normal word-spacing: 0px " 虽然我的小组主要研究关于这些蛋白质如何发挥作用的基本问题，但研究结果可以带来额外的社会经济应用。这在我们对人类ASCT2的研究中得到证实，人类ASCT2是人体细胞中谷氨酰胺摄取的主要来源，与癌细胞生长，患者生存率低以及癌症治疗的新热靶点密切相关。除了解开其运输机制细节的工作外，我们还与药物化学家合作，以确定新的抑制剂并指导基于结构的药物设计。其他研究模糊了传统运输机制中存在的传统概念边界。例如，KdpFBAC复合物，即细菌中的紧急钾摄取系统，结合了主要活性转运蛋白和通道的特征。在TMEM16家族中，成员既可以作为钙激活的氯离子通道，也可以作为脂质打乱酶，甚至两者兼而有之。我们的研究表明，在进化过程中，保守蛋白结构不仅相互进化，而且可以融合在一起，以适应不同的环境和细胞需求。 img title=" " class=" qi_image" style=" margin-bottom: 0px margin-left: 0px margin-right: 0px margin-top: 0px " alt=" " src=" http://qi.mofangyu.com/qi/core/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif" / /p p style=" text-align: center" img width=" 450" height=" 325" title=" 2.jpg" style=" width: 450px height: 325px max-height: 100% max-width: 100% " alt=" 2.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/beafbf0b-0730-4485-8a5f-42a70493cd60.jpg" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" margin: 5px 0px text-align: center color: rgb(0, 0, 0) text-transform: none text-indent: 32px letter-spacing: normal font-family: sans-serif font-size: 16px font-style: normal font-variant: normal font-weight: 400 text-decoration: none word-spacing: 0px white-space: normal orphans: 2 -webkit-text-stroke-width: 0px background-color: transparent " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " TMEM16家族的膜蛋白研究成果发表在2019年3月12日的eLife期刊上的两篇背靠背论文中 /span /p p style=" background-color: transparent color: rgb(0, 0, 0) font-family: sans-serif font-size: 16px font-style: normal font-variant: normal font-weight: 400 letter-spacing: normal margin-bottom: 5px margin-left: 0px margin-right: 0px margin-top: 5px orphans: 2 text-align: left text-decoration: none text-indent: 32px text-transform: none -webkit-text-stroke-width: 0px white-space: normal word-spacing: 0px " strong 媒体：cryo-EM对你工作的重要性如何？对团队能力提升有哪些影响？ /strong /p p style=" background-color: transparent color: rgb(0, 0, 0) font-family: sans-serif font-size: 16px font-style: normal font-variant: normal font-weight: 400 letter-spacing: normal margin-bottom: 5px margin-left: 0px margin-right: 0px margin-top: 5px orphans: 2 text-align: left text-decoration: none text-indent: 32px text-transform: none -webkit-text-stroke-width: 0px white-space: normal word-spacing: 0px " strong CP： /strong 在过去几年中，cryo-EM已被证明是结构生物学中不可或缺的技术，提供了超过X射线晶体学的几个优点，即(i)只需要少量的蛋白质 （ii）不受蛋白质晶体形成的限制 (iii)几乎不受缓冲成分的限制，并允许在冻结前诱导构象变化 (iv)不受样本成分或构象异质性的影响，使我们得以一窥结构动力学 （v）能够确定低分辨率和高分辨率结构 (vi)允许使用模拟天然脂质环境的工具，如纳米盘。值得注意的是，虽然冷冻电镜获得的分辨率平均低于x射线晶体学，但对于膜蛋白获得的共同分辨率是相似的（约3-4埃）。事实证明，这些优势对于解决使用膜蛋白时面临的几个挑战至关重要，可以进行前所未有的研究，并使cryo-EM成为研究膜蛋白结构的首选技术。因此，cryo-EM是我们小组采用的主要技术。 /p p style=" background-color: transparent color: rgb(0, 0, 0) font-family: sans-serif font-size: 16px font-style: normal font-variant: normal font-weight: 400 letter-spacing: normal margin-bottom: 5px margin-left: 0px margin-right: 0px margin-top: 5px orphans: 2 text-align: left text-decoration: none text-indent: 32px text-transform: none -webkit-text-stroke-width: 0px white-space: normal word-spacing: 0px " strong 媒体：使用cryo-EM推断一个膜蛋白结构的实验周期大概需要多久？ /strong /p p style=" background-color: transparent color: rgb(0, 0, 0) font-family: sans-serif font-size: 16px font-style: normal font-variant: normal font-weight: 400 letter-spacing: normal margin-bottom: 5px margin-left: 0px margin-right: 0px margin-top: 5px orphans: 2 text-align: left text-decoration: none text-indent: 32px text-transform: none -webkit-text-stroke-width: 0px white-space: normal word-spacing: 0px " strong CP： /strong 在比较理想环境条件下，有一个比较理想的样品，一个性能良好的高端显微镜，有一套强大的图像处理集群，你可以在几天内解决一个高分辨率的结构。然而，在现实实验中，特别是在处理具有挑战性的膜蛋白时，时间周期通常是几周或几个月。 /p p style=" background-color: transparent color: rgb(0, 0, 0) font-family: sans-serif font-size: 16px font-style: normal font-variant: normal font-weight: 400 letter-spacing: normal margin-bottom: 5px margin-left: 0px margin-right: 0px margin-top: 5px orphans: 2 text-align: left text-decoration: none text-indent: 32px text-transform: none -webkit-text-stroke-width: 0px white-space: normal word-spacing: 0px " strong 媒体:你最近用cryo-EM测定了TMEM16蛋白家族的结构。在新闻稿中，您声明这种方法“允许您对活动结构动态进行采样”。能详细谈谈吗?为什么cryo-EM优于其他可用的方法? /strong /p p style=" background-color: transparent color: rgb(0, 0, 0) font-family: sans-serif font-size: 16px font-style: normal font-variant: normal font-weight: 400 letter-spacing: normal margin-bottom: 5px margin-left: 0px margin-right: 0px margin-top: 5px orphans: 2 text-align: left text-decoration: none text-indent: 32px text-transform: none -webkit-text-stroke-width: 0px white-space: normal word-spacing: 0px " strong CP: /strong cryo-EM的优点之一是样品经过震荡冷冻，保留了溶液中的所有构象。这与x射线晶体学形成了强烈的对比，x射线晶体学的定义是，晶体中的所有蛋白质都处于相同的状态，而这种状态通常局限于能量优先构象。此外，我们还可以在图像处理的层面上处理cryo-EM图像中存在的构象异质性。因此，我们可以从相同的样品中确定蛋白质在溶液中的几种结构，它们代表不同的功能状态。在我们最近关于脂质scramblase TMEM16的研究中，我们能够在激活条件下获得几种超燃酶结构。我们将这些不同的构象解释为该蛋白逐步激活机制的快照，并提出其中一种中间状态可能与某些TMEM16蛋白中观察到的非选择性离子传导有关。 /p p style=" background-color: transparent color: rgb(0, 0, 0) font-family: sans-serif font-size: 16px font-style: normal font-variant: normal font-weight: 400 letter-spacing: normal margin-bottom: 5px margin-left: 0px margin-right: 0px margin-top: 5px orphans: 2 text-align: left text-decoration: none text-indent: 32px text-transform: none -webkit-text-stroke-width: 0px white-space: normal word-spacing: 0px " strong 媒体:在您的研究领域里使用cryo-EM有什么限制吗?如何才能克服这些限制? /strong /p p style=" background-color: transparent color: rgb(0, 0, 0) font-family: sans-serif font-size: 16px font-style: normal font-variant: normal font-weight: 400 letter-spacing: normal margin-bottom: 5px margin-left: 0px margin-right: 0px margin-top: 5px orphans: 2 text-align: left text-decoration: none text-indent: 32px text-transform: none -webkit-text-stroke-width: 0px white-space: normal word-spacing: 0px " strong CP: /strong cryo-EM在过去几年里发展得如此之快和如此之多，我感到非常兴奋。尽管该技术不断地重新定义其局限性并变得更加用户友好，但我们仍然面临一些挑战。然而，对于x射线晶体学来说，获得完全可操作和维护的同步加速器束流线基本上是免费的，而cryo-EM的总体成本和操作所需的专业水平一直是一个障碍。在一定程度上，政府对cryo-EM设备的补贴缓解了这一问题，但并没有完全解决。 /p p style=" background-color: transparent color: rgb(0, 0, 0) font-family: sans-serif font-size: 16px font-style: normal font-variant: normal font-weight: 400 letter-spacing: normal margin-bottom: 5px margin-left: 0px margin-right: 0px margin-top: 5px orphans: 2 text-align: left text-decoration: none text-indent: 32px text-transform: none -webkit-text-stroke-width: 0px white-space: normal word-spacing: 0px " 在我的小组中，我们有一个内部的高端cryo-EM供我们使用，我们确保对所有小组成员进行彻底的培训。其他障碍包括图像处理集群的获取和成本、数据管理(每天可以记录几个TB数据)和图像处理方面的专门知识。幸运的是，它的成本随着时间的推移而降低，而图形处理单元驱动软件的实现使成本保持在可承受范围内。当然，样品制备有很大的改进空间(例如，需要更少量的蛋白质并避免空气 - 水界面)，几个团队和公司正在致力于解决这个问题。 /p p style=" margin: 5px 0px text-align: left color: rgb(0, 0, 0) text-transform: none text-indent: 32px letter-spacing: normal font-family: sans-serif font-size: 16px font-style: normal font-variant: normal font-weight: 400 text-decoration: none word-spacing: 0px white-space: normal orphans: 2 -webkit-text-stroke-width: 0px background-color: transparent " 最后，解决一个结构所需的总时间，以及尺寸和平均分辨率的限制，仍然对基于结构的药物设计所需的高通量方法构成挑战和阻碍。这些问题正在通过结合更稳定的电子显微镜、更好和更有效的电子探测摄像机和改进的处理算法得到解决。 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上海远慕生物科技公司是国内elisa试剂盒优质供应商，代理销售不同elisa试剂盒品牌的进口/国产elisa试剂盒，专业供应科研实验所需的培养基，抗体，动物血清血浆，标准品对照品，化学试剂，酶联免疫试剂盒，白介素试剂盒，金标检测试剂盒，微生物，蛋白质，ELISA种属涵盖广，凭借多年行业经验，完善的售后服务，高质量的产品。欢迎来电咨询。 客户通过仪器信息网成功订购上海远慕人α颗粒膜蛋白(GMP-140)ELISA试剂盒，下面是跟客户的聊天记录： 远慕生物，专业供应科研实验所需的培养基，抗体，动物血清血浆，标准品对照品，化学试剂，酶联免疫试剂盒，白介素试剂盒，金标检测试剂盒，微生物，蛋白质，ELISA种属涵盖广，凭借多年行业经验，完善的售后服务，高质量的产品，赢得客户一致好评，欢迎来电咨询与订购！

01研究背景稳定的、高纯度、单分散的生物样品显示出更高的结晶倾向[1]。早期阶段识别那些更有可能产生晶体的结构或变体能够节省大量的人力和时间成本。目前的很多方法，如凝胶过滤、DSF等技术可以帮助识别最优性质的样品，但是存在样品消耗量大或者外源染料与溶剂不兼容等问题。NanoTemper开发的nanoDSF差示扫描荧光技术，基于蛋白的内源荧光检测Tm值，通过Tm值的绝对数值和变化来确定优先结晶的缓冲条件或者蛋白变体等。接下来，我们通过两篇文献来了解nanoDSF如何助力结晶条件的筛选。02案例解读https://doi.org/10.1038/s41467-023-35915-4IF: 16.6 Q1非特异性磷脂酶C (NPC) 是植物特有的一类磷脂酶。尽管对NPCs的研究揭示了其在植物生长发育中的基本作用，但相比于其它磷脂酶（A1/A2/D/PI-PLC）水解底物的分子机制研究，NPCs是迄今为止唯一一类尚未被阐明的磷脂酶。湖北洪山实验室、作物遗传改良全国重点实验室蛋白质科学研究团队联合油菜团队的研究成果解析研究了NPC4的晶体结构和工作机制，为真核生物磷脂水解酶家族的分子机制提供了新见解。 研究中获得了NPC41-415和NPC41-496 两组结晶，对比结晶结果，发现NPC41-415没有磷酸化，且CTD结构域没有观察到电子密度。SDS-PAGE结果显示，蛋白在结晶过程中被部分降解，可能导致晶体中缺少CTD结构域。对比结晶条件发现NPC41-415的结晶中不存在KH2PO4，同时KH2PO4不影响NPC4活性。因此，作者推测KH2PO4可能会增强NPC4的稳定性。NPC4为膜蛋白，一般膜蛋白的表达和纯化得率均比较低，因此需要使用蛋白消耗量少的热稳定分析技术以最大程度的节约膜蛋白样品。nanoDSF技术样品检测浓度可低至5ug/ml，10μl，大大节约蛋白样品。研究人员利用nanoDSF技术检测了KH2PO4对NPC蛋白热稳定性的影响，每个条件仅需5.6ug NPC4蛋白样品。加入KH2PO4后，Tm值从51.1℃提高到55.3℃，表明NPC4在KH2PO4存在下更稳定，也解释了缺少KH2PO4时蛋白降解的原因。图示：KH2PO4提高NPC41-496 稳定性：nanoDSF结果显示，NPC41-496 Tm为51.1℃；在有50mM KH2PO4 存在下提高到55.3℃03案例解读https://doi.org/10.1038/s41598-023-41616-1IF: 4.6 Q2水通道蛋白2（APQ2）调控水的重吸收进而调控机体的水代谢平衡。AQP2基因的点突变可能导致肾性尿崩症(NDI)。为了进一步了解AQP2突变导致NDI的分子机制，作者通过对三种AQP2突变体(T125M、T126M和A147T)进行结晶，以了解突变AQP2的结构和功能关系，为NDI背后的机制提供了分子见解。为了提前了解突变对AQP2蛋白稳定性以及其对后续结晶的影响，研究人员使用nanoDSF技术比较了三种突变体的热稳定性差异。需要注意的是AQP2同样为膜蛋白，其储存溶液中含有去垢剂OGNG等成分，而nanoDSF技术是基于蛋白的内源荧光进行Tm检测，对去垢剂等兼容，无需优化检测条件，可快速获得重复性高的Tm结果。nanoDSF结果显示所有的热变性曲线显示出相似的形状。然而，Tm和Tonset在不同突变体之间存在差异。野生型AQP2的稳定性最高，其次为T126M和T125M， A147T的热稳定性最低。 图示：nanoDSF检测WT AQP2以及其突变体的热稳定性接下来，作者对AQP2以及其突变体进行结晶。在与野生型AQP2相同的条件下，只有T125M和T126M产生了足以用于结构测定质量的晶体，与野生型AQP2的结构高度相似。T126M晶体的衍射分辨率最高，为(~ 3-3.3 &angst )，其次是T125M (~ 3.7-4 &angst )。A147T晶体质量最低，衍射x射线约为5-7 &angst 。结晶结果与三种蛋白质结构的热稳定性非常一致，即蛋白质的热稳定性降低可能会降低其成功结晶的能力[2][3]。03案例小结&技术优势在上述两篇文献中，作者使用nanoDSF技术检测了膜蛋白在不同缓冲条件或者突变体的热稳定性，并且均可与后续的结晶结果对应。nanoDSF对缓冲溶液兼容，如去垢剂，无需额外优化条件，仅需非常少量的样品，即可快速完成Tm检测。明星产品PR Panta更是整合了4大检测模块（DLS、SLS、Backreflection和nanoDSF），仅需一份样品即可获得多种参数，更清楚了解结晶前样品情况，挑选最佳条件蛋白或条件进行结晶。PR Panta蛋白稳定性分析仪[1] Zulauf M, D'Arcy A (1992) J Cryst Growth 122:102–106[2] Dupeux, F (2011) Acta. Crystallogr. D Biol. Crystallogr. 67, 915–919.[3] Deller, M. C. (2016).Acta. Crystallogr. F Struct. Biol. Commun. 72, 72–95.

结构生物学领域有一条不成文的观点：结构决定功能。只有知道生物分子的原子排布，科学家们才能了解这个蛋白的功能。几十年来，分析蛋白结构有一个无冕之王——X射线晶体衍射。在X射线晶体衍射中，科学家们让蛋白结晶，然后利用X射线照射，随后根据X射线的衍射来重建蛋白的结构。在蛋白质数据银行(Protein Data Bank)的100000多条蛋白词目里，超过90%的蛋白结构是利用X射线晶体衍射技术解析得到的。　　尽管X射线晶体衍射一直是结构生物学家的最佳工具，但是它存在较大的限制。科学家们将蛋白进行大块结晶通常需要多年的时间。而很多基础蛋白分子，例如嵌在细胞膜上的蛋白，或是形成复合体的蛋白却无法被结晶。　　X射线晶体衍射技术(X-ray crystallography)即将成为历史，低温电子显微技术(cryo-electron microscopy, 也称作electron cryomicroscopy, cryo-EM)引发结构生物学变革。　　低温电子显微镜适用于研究大的、稳定的分子，这些分子能够承受电子的轰击，而不发生变形——由多个蛋白组成的分子机器是最好的样本。因此由RNA紧紧围绕的核糖体是最佳的样本。三位化学家用X射线晶体衍射研究核糖体溶液的工作在2009年获得了诺贝尔化学奖，但这些工作花了几十年。近几年，低温电镜研究者们也陷入了“核糖体热”。多个团队研究了多种生物的核糖体，包括人类核糖体的首个高清模型。X射线晶体衍射的研究成果远远落后于LMB的Venki Ramakrishnan实验室，Venki获得了2009年的诺奖。Venki表示，对于大分子来说，低温电子显微镜远比X射线晶体衍射要实用。　　这几年，低温电子显微镜的相关文章有很多：2015年一年，这个技术就用于100多个分子的结构研究。X-射线晶体衍射只能对单个、静态的蛋白晶体成像，但低温电子显微镜能够对蛋白的多种构象进行成像，帮助科学家们推断蛋白的功能。　　现在低温电镜迅猛发展，专家们正在寻找更大的挑战作为下一个解析目标。对很多人来说，最想解析的是夹在细胞膜内的蛋白。这些蛋白是细胞信号通路中的关键分子，也是比较热门的药物靶标。这些蛋白很难结晶，而低温电子显微镜不大可能对单个蛋白进行成像，这是因为很难从背景噪音中提取这些信号。　　这些困难都无法阻挡加利福利亚大学(University of California)的生物物理学家程亦凡。他计划解析一种细小的膜蛋白TRPV1。TRPV1是检测辣椒中引起灼烧感的物质的受体，并与其它痛感蛋白紧密相关。加利福利亚大学病理学家David Julius等人之前尝试结晶TRPV1，结果失败。用低温电子显微镜解析TRPV1项目，一开始进展缓慢。但2013年底，技术进步使得这一项目有了重大突破，他们获得了分辨率为0.34纳米的TRPV1蛋白的结构。该成果的发表对于领域来说，无异于惊雷。因为这证实了低温电子显微镜能够解析小的、重要的分子。　　尽管低温电子显微镜发展迅速，很多研究者认为，它仍有巨大提升空间。他们希望能制造出更灵敏的电子探测器，以及更好地制备蛋白样本的方法。这样的话，就能够对更小的、更动态的分子进行成像，并且分辨率更高。5月，有研究者发表了一篇细菌蛋白的结构，分辨率达到了0.22纳米。这也显示了低温显微镜的潜力。　　1997年时，英国医学研究委员会分子生物学实验室结构生物学家Richard Henderson非常坚定地宣称，低温电镜会成为解析蛋白结构的主流工具。在将近20年后的今天，他的预测比当年有了更多底气。Henderson表示，如果低温电镜保持这样的势头继续发展，技术问题也得以解决，那么低温电镜不仅会成为解析蛋白结构的第一选择，而是主流选择。这个目标已经离我们不远了。　　1. 施一公小组在《Science》发两篇论文报道剪接体三维结构　　　　U4/U6.U5 tri-snRNP电镜密度及三维结构示意图。　　2015年8月21日，清华大学生命科学学院施一公教授研究组在国际顶级期刊《科学》(Science)同时在线发表了两篇背靠背研究长文，题目分别为“3.6埃的酵母剪接体结构”(Structure of a Yeast Spliceosome at 3.6 Angstrom Resolution)和“前体信使RNA剪接的结构基础”(Structural Basis of Pre-mRNA Splicing)。第一篇文章报道了通过单颗粒冷冻电子显微技术(冷冻电镜)解析的酵母剪接体近原子分辨率的三维结构，第二篇文章在此结构的基础上进行了详细分析，阐述了剪接体对前体信使RNA执行剪接的基本工作机理。清华大学生命学院博士后闫创业、医学院博士研究生杭婧和万蕊雪为两篇文章的共同第一作者。　　这一研究成果具有极为重大的意义。自上世纪70年代后期RNA剪接的发现以来，科学家们一直在步履维艰地探索其中的分子奥秘，期待早日揭示这个复杂过程的分子机理。施一公院士研究组对剪接体近原子分辨率结构的解析，不仅初步解答了这一基础生命科学领域长期以来备受关注的核心问题，又为进一步揭示与剪接体相关疾病的发病机理提供了结构基础和理论指导。详细新闻报道参见：施一公研究组在《科学》发表论文报道剪接体组装过程重要复合物U4/U6.U5 tri-snRNP的三维结构。(Science, 20 Aug 2015, doi: 10.1126/science.aac7629 doi: 10.1126/science.aac8159)　　2. Science：HIV重大突破!史上最详细HIV包膜三维结构出炉!　　　　这项研究首次解析出HIV Env三聚体处于自然状态下的高分辨率结构图，其中HIV利用Env三聚体侵入宿主细胞。图片来自The Scripps Research Institute。　　在一项新的研究中，TSRI的研究人员解析出负责识别和感染宿主细胞的HIV蛋白的高分辨率结构图片。相关研究结果发表在2016年3月4日那期Science期刊上，论文标题为“Cryo-EM structure of a native, fully glycosylated, cleaved HIV-1 envelope trimer”。　　这项研究是首次解析出这种被称作包膜糖蛋白三聚体(envelope glycoprotein trimer，以下称Env三聚体)的HIV蛋白处于自然状态下的结构图。这些也包括详细地绘制这种蛋白底部的脆弱位点图，以及能够中和HIV的抗体结合位点图。(Science, 04 Mar 2016, doi: 10.1126/science.aad2450)　　3. Nature：史上最详细转录因子TFIID三维结构出炉，力助揭示人类基因表达秘密　　在一项新的研究中，来自美国加州大学伯克利分校、劳伦斯伯克利国家实验室和西班牙国家研究委员会(CSIC)罗卡索拉诺物理化学研究所的研究人员在理解我们体内被称作转录起始前复合物(pre-initiation complex, PIC)的分子机构(molecular machinery)如何发现合适的DNA片段进行转录方面取得重大进展。他们史无前例地详细呈现一种被称作TFIID的转录因子所发挥的作用。相关研究结果于2016年3月23日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Structure of promoter-bound TFIID and model of human pre-initiation complex assembly”。论文通信作者是劳伦斯伯克利国家实验室生物物理学家Eva Nogales，论文第一作者是Nogales实验室生物物理学研究生Robert Louder。其他作者是Yuan He、José Ramón López-Blanco、Jie Fang和Pablo Chacón。　　这一发现是非常重要的，这是因为它为科学家们理解和治疗一系列恶性肿瘤铺平道路。Eva Nogales说，“理解细胞中的这种调节过程是操纵它或当它变坏时修复它的唯一方式。基因表达是包括从胚胎发育到癌症在内的很多重要生物学过程的关键。一旦我们能够操纵这些基本机制，那么我们就能够要么校正应当或不应当存在的基因表达，要么阻止这种过程[即基因表达]失去控制时的恶性状态。”(Nature, 31 March 2016, doi:10.1038/nature17394)　　4. Science：科学家成功解析人类剪接体关键结构　　　在最近发表的一篇Science研究论文中，来自德国的科学家们利用冷冻电镜技术首次在分子级分辨率水平上重现了人类剪接体中一个关键复合体——U4/U6.U5 tri-snRNP的结构。剪接体是一种由RNA和蛋白质组成的用于切掉mRNA前体中内含子的分子机器。该研究解析的U4/U6.U5 tri-snRNP是构成剪接体的一个重要组成部分，研究人员利用单颗粒冷冻电镜获得了人类U4/U6.U5 tri-snRNP的三维结构，该复合体分子量达到180万道尔顿，解析分辨率达到7埃。该研究模型揭示了Brr2 RNA解螺旋酶如何在分离的人类tri-snRNP中通过空间结构阻止未成熟的U4/U6 RNA发生解链，还展现了泛素C端水解酶样蛋白Sad1如何将Brr2固定在预激活位置。　　研究人员将他们获得的结构模型与酿酒酵母tri-snRNP以及裂殖酵母剪接体的结构进行了对比，结果表明Brr2在剪接体激活过程中发生了显著的构象变化，支架蛋白Prp8也发生了结构变化以容纳剪接体的催化RNA网络。(Science, 25 Mar 2016, doi: 10.1126/science.aad2085)　　5.北京大学毛有东、欧阳颀课题组与其合作者在Science发表炎症复合体冷冻电镜结构　　　　炎症复合体三维结构　　北京大学物理学院毛有东研究员、北京大学物理学院/定量生物学中心欧阳颀院士与哈佛医学院吴皓教授合作利用冷冻电子显微镜技术解析了近原子分辨率的炎症复合体的三维结构，首次阐释了其复合物在免疫信号转导过程中的单向多聚活化的分子结构机理。该研究工作以“Cryo-EM Structure of the Activated NAIP2/NLRC4 Inflammasome Reveals Nucleated Polymerization”为题于2015年10月8日在线发表在国际期刊Science。　　先天免疫是人类免疫系统的重要组成部分，炎症复合体在触发先天免疫响应的过程中起到了关键信号转导的效应器作用，从而启动细胞凋亡等免疫应答和炎症反应。炎症复合体是胞浆内一组复杂的多蛋白复合体，是胱天蛋白酶活化所必需的反应平台，其复合物单体由多个结构域构成，并在上游蛋白的激活下诱导组装形成环状复合物。炎症复合体的结构对于认识先天免疫的信号转导过程、免疫调控和病原诱导活化等免疫响应机理具有关键的核心价值，因而成为国内外一流结构生物学和免疫学实验室追捧的研究对象。(Science, 23 Oct 2015, 10.1126/science.aac5789)　　6. Nature：施一公团队揭示γ -分泌酶原子分辨率结构　　　　人体γ -分泌酶3.4埃三维结构　　日前，清华大学教授施一公团队与国外学者合作，构建了分辨率高达3.4埃的人体γ -分泌酶的电镜结构，并且基于结构分析了γ -分泌酶致病突变体的功能，为理解γ -分泌酶的工作机制以及阿尔茨海默氏症的发病机理提供了重要基础。相关成果8月18日在《自然》发表。　　阿尔茨海默氏症是最为严峻的老年神经退行性疾病之一，但其发病机理尚待揭示。目前研究已知β -淀粉样沉淀是该病的标志性症状之一。而β -淀粉样沉淀的产生是APP蛋白经过一系列蛋白酶切割产生的短肽聚集而来。在此切割过程中，最关键的蛋白酶是γ -分泌酶。γ -分泌酶由四个跨膜蛋白亚基组成，其中，编码Presenilin(PS1)蛋白的基因中有200多个突变与阿尔茨海默氏症病人相关。γ -分泌酶在阿尔茨海默氏症的发病中扮演着重要角色。　　研究人员通过收集更多的数据、大量的计算并升级分类方法，计算构建出3.4埃原子分辨率γ -分泌酶的三维结构，可以观察到绝大部分氨基酸的侧链以及胞外区部分糖基化修饰和结合的脂类分子。在高分辨结构的基础上，施一公研究组对PS1上的致病性突变体进行了研究，发现这些突变主要集中在两个较为集中的区域内。他们对于其中一些突变体进行了生化性质的研究，发现这些突变会影响γ -分泌酶对于底物APP的酶切活性，然而对切割活性的影响却有所不同。(Nature, 10 September 2015, doi:10.1038/nature14892)　　7. Nature：人类核糖体结构终于被解析!　　　　核糖体是进行蛋白质翻译的机器，能够催化蛋白质合成。目前，许多研究已经对多种生物的核糖体结构进行了原子水平的结构解析，但获得人核糖体结构一直存在很大挑战，这一问题的解决对于人类疾病的深入了解以及治疗手段和策略的开发都有重要意义。　　近日，著名国际学术期刊nature在线发表了法国科学家关于人类核糖体结构解析的最新研究进展。　　在该项研究中，研究人员利用高分辨率单颗粒低温电子显微镜以及原子模型构建的方法获得了人类核糖体接近原子水平的结构。该核糖体结构的平均分辨率为3.6A，接近最稳定区域的2.9A分辨率水平。这一研究成果对人类核糖体RNA，氨基酸侧链的实体结构，特别是转运RNA结合位点以及tRNA脱离位点处的特定分子相互作用提供了深入见解，揭示了核糖体大小亚基接触面的原子细节，发现在核糖体大小亚基的旋转运动过程中，其接触面发生了强烈的重构过程。(Nature, 30 April 2015, doi:10.1038/nature14427)　　8. Nature：日本科学家成功解析代谢关键因子受体结构　　近日，著名国际学术期刊nature在线发表了日本科学家的最新研究进展，他们利用结构生物学方法对脂联素(adiponectin)受体，AdipoR1和AdipoR2，进行了结构解析，发现脂联素受体具有与G蛋白偶联受体不同的七次跨膜螺旋，对于靶向脂联素受体的肥胖及其相关代谢疾病治疗方法开发具有重要意义。　　在该项研究中，研究人员对人类AdipoR1和AdipoR2的晶体结构进行了解析，分辨率分别达到2.9 ?和2.4 ?，他们通过解析发现脂联素受体是具有不同结构的一类新受体。脂联素受体的这种七次跨膜螺旋在构象上与G蛋白偶联受体的七次跨膜螺旋不同，在这种新的 七次跨膜螺旋中，由三个保守组氨酸残基协同一个锌离子形成了一个大的腔体。这种锌结合结构可能在adiponectin刺激的AMPK磷酸化和UCP2表达上调方面具有一定作用。(Nature, 16 April 2015, doi:10.1038/nature14301 )　　9. Molecular Cell：中国科学家揭示A型流感病毒RNA聚合酶复合体的三维冷冻电镜结构　　2015年1月22日，中科院生物物理所刘迎芳研究组与清华大学王宏伟研究组在著名期刊Molecular Cell杂志在线发表了题目为 “Cryo-EM Structure of Influenza Virus RNA Polymerase Complex at 4.3 ? Resolution”的论文，揭示了流感病毒RNA聚合酶复合体的结构和功能。　　生物物理所刘迎芳和清华大学王宏伟课题组等中外多方参与的实验室通过使用最新的高分辨率单颗粒冷冻电镜三维重构技术，解析了含有A型流感病毒RNA聚合酶大部分成分的4.3埃分辨率的四聚体电镜结构。该复合体涵盖了流感病毒聚合酶催化活性的核心区域。从三维重构密度图中可以清晰识别出该空腔内PB1上的催化结构域以及结合的RNA复制起始链，据此，研究人员推测这是进行RNA合成反应的区域。这一活性中心结构与正链RNA聚合酶具有相似性，研究人员也因此提出了流感病毒合成新生RNA链的机制。(Molecular Cell, 5 March 2015, doi:10.1016/j.molcel.2014.12.031)　　10. Cell：科学家获得首个中介体复合物精确结构图　　　　中介体复合物(Mediator Complex)是细胞中最大也最为复杂的分子机器之一。现在，来自斯克利普斯研究所(TSRI)的科学家们在《细胞》杂志上报告称，他们利用用电镜获得了首个中介体复合物(Mediator)的精确结构图。　　Mediator是所有动植物细胞中的关键分子机器，对于绝大多数基因的转录有着至关重要的调控作用。Mediator拥有二十多个蛋白亚基，解析它的结构是基础细胞生物学的一大进步。这一成果能够为许多疾病提供宝贵的线索(从癌症到遗传性的发育疾病)。论文资深作者，TSRI副教授Francisco Asturias表示："明确这些大分子机器的结构和作用机制，可以帮助我们理解许多关键的细胞过程。"　　在这项新研究中，研究人员获得了高纯度的酵母Mediator，并通过电镜成像得到了迄今为止最为清晰的Mediator3D模型，分辨率达到约18埃。随后他们又进行了多种生化分析，例如在逐个去除蛋白亚基的同时观察电镜图像发生的改变。他们由此确定了酵母Mediator25个蛋白亚基的精确定位。　　项新研究获得的结构图谱，全面修正了之前的Mediator' 粗略模型。论文第一作者Kuang-LeiTsai表示："定位了所有的蛋白亚基之后，我们发现头部模块应该位于Mediator的顶部而不是底部。"此外，研究人员还对人类Mediator进行了深入研究。Tsai说："大体上看，人类和酵母的Mediator总体结构颇为类似。"最后研究人员在结构数据的基础上，为人们展示了Mediator调控转录时的构象变化。(Cell, 29 May 2014, doi: 10.1016/j.cell.2014.05.015)

岛津制作所(SSI)近日发布了ATHAP-MALDI基质方法工具包，用于改进对包含跨膜疏水蛋白和多肽的分析能力。传统的LC-MS/MS和MALDI-TOF 很难分析包含疏水基团的膜蛋白。烷基化三羟基苯乙酮(ATHAP)新基质在此方法中发挥了特殊的作用。　　许多疾病的生物标志物是包含疏水基团的膜蛋白。之前用液质和MALDI-TOF的检测效果都不理想，这类蛋白和多肽一般不被目标分析物列表所包含。由于疏水多肽的低溶解性，其难于在液相质谱中得到检测。采用如α -氰基-4-羟基肉桂酸 (CHCA)、芥子酸(SA)、二羟基苯甲酸(DHB)等传统基质的MALDI法离子化效率较低，从而导致用MALDI-TOF检测这些物质灵敏度很差。　　“疏水性是将横跨膜片段整合到脂质双分子层的主要动力。这些新的基质工具包为科学家分析这些重要物质的生物和物理化学性质提供了前所未有的可能性。”岛津公司Scott Kuzdzal博士说。“这些工具包可以提高分析灵敏度，开拓对从抗菌肽到癌症蛋白标志物等关键疏水性分子结构和功能的研究。”　　ATHAP基质由广岛大学和田中耕一尖端科技实验室联合开发，并授权给岛津制作所。本研究得到日本学术振兴会(JSPS) “世界领先创新科技研发资助项目 (FIRST Program) ”的赞助支持。编译：郭浩楠

项目编号：JSHC-2022121190C2项目名称：东南大学医学与生命科学平台蛋白纯化仪采购预算金额：96.0000000 万元（人民币）采购需求：东南大学医学与生命科学平台采购蛋白纯化仪一套，主要功能要求如下：可以进行生物大分子的范例纯化，已知和未知蛋白质的纯化，蛋白质的结构动力学药物作用靶点研究，药物蛋白的分离，蛋白质工程药物的合成，蛋白质的定性，基因表达产物的分离。主要技术要求如下：蛋白纯化系统主机部分系统泵：精确的全自动微量柱塞泵，双泵四泵头，每个泵头都有独立除气阀。流速：0.001-25ml/min；装柱可以双泵模式运行，达到0.1–50ml/min。压力范围：0–20 MPa (200bar，2900 psi)；梯度流速范围：0.5-25ml/min。具备恒压调速功能，自动根据压力调节流速输出，使压力保持稳定。项目编号：JSHC-2022121193C7项目名称：东南大学医学与生命科学平台蛋白质稳定分析仪采购预算金额：43.0000000 万元（人民币）采购需求：东南大学医学与生命科学平台采购蛋白质稳定分析仪一套，主要技术要求如下：（1）适用范围：可分析任意类型的蛋白样品：病毒颗粒、膜蛋白、标签蛋白、酶、抗体、激酶、多聚复合物等。（2）样品数量：≥6 个（3）测量时间：≤3 分钟（4）样品消耗量：≤10 µL合同履行期限：详见采购文件本项目( 不接受 )联合体投标。

概念蛋白质芯片技术是在ＤＮＡ芯片技术基础上发展的一项蛋白质组学技术。其原理是将大量不同的蛋白质分子（如酶、抗原、抗体、受体、配体、细胞因子等）通过微阵列的形式有序排列在固相载体表面，利用蛋白质与蛋白质或者蛋白质与其他分子之间的特异性结合，获得与之特异性结合的待测蛋白（如血清、血浆、淋巴、间质液、尿液、渗出液、细胞溶解液、分泌液等）的相关信息，便于我们分析未知蛋白的组分、序列，体内表达水平、生物学功能、与其他分子的相互调控关系、药物筛选、药物靶位的选择等。蛋白质芯片技术的出现，为我们提供了一种比传统的凝胶电泳、Western blot和Elisa更为方便和快速研究蛋白质的方法。该方法具有高通量，微型化和快速平行分析等优点，不仅对基础分子生物学的研究产生重要影响，也在临床诊断、疗效分析、药物筛选及新药研发等领域有着广泛应用。特点①蛋白芯片具有高特异性、重复性、准确性。这是由抗原抗体之间、蛋白与配体之间的特异性结合决定的。②蛋白芯片具有高通量和操作自动化的特点，在一次实验中可对上千种目标蛋白同时进行检测，效率极高。③可发现低丰度、小分子量蛋白质，并能测定疏水蛋白质，特别是膜蛋白质。④蛋白芯片具有高灵敏性，只需0.5-5μL样品，或2000个细胞即可检测。蛋白芯片技术在分子生物学及生物化学基础研究中的应用01 在蛋白质水平上检测基因的表达由于基因转录产物mRNA数量并不能准确反映基因的翻译产物蛋白质的质与量，因此在蛋白质水平上检测基因的表达对于了解基因的功能非常重要。蛋白质芯片技术产生前，蛋白质双向电泳技术是蛋白质组规模上进行蛋白质表达研究的唯一方法，但这种技术操作繁琐而且难以快速检测样品中成百上千种蛋白质的表达变化。蛋白质芯片的特异性、灵敏性和高通量等特点，在检测基因表达终产物蛋白质谱的构成及变化中发挥着不可替代的作用。02 高通量筛选抗原/抗体相互作用目前蛋白质芯片检测利用最广泛的生物分子相互作用是抗原抗体的特异性识别和结合，单克隆抗体是蛋白质芯片检测中使用最广泛的生物分子。运用蛋白质芯片可以研究不同抗原/抗体的特异性作用，而且对于检测样品中极微量的抗原/抗体分子作用非常有利。03 蛋白质/蛋白质相互作用分析酵母双杂交系统是近年来基因组规模上研究蛋白质相互作用的主要方法，但存在体内操作、假阳性、假阴性和外源蛋白质折叠、修饰等局限。蛋白质芯片技术不依靠任何生物有机体而在体外直接检测目标蛋白质，实验条件可随意控制，同时实验步骤自动化程度高，一次分析的蛋白质数量巨大，因而成为目前除酵母双杂交系统外进行大规模研究蛋白质相互作用的主要方法。04 酶/底物作用分析耶鲁大学的Snyder小组用蛋白芯片对酵母基因组编码的119种蛋白激酶的底物专一性进行了研究。实验中将蛋白激酶表达为谷胱甘肽转移酶（GST）融合蛋白，针对17种不同的底物，平行测定了119种GST2蛋白激酶融合蛋白的底物专一性，发现了许多新的酶活性，大量蛋白激酶可以对酪氨酸进行磷酸化，而这些激酶在催化区域附近有共同的氨基酸残基。也证明了蛋白质芯片可作为高通量筛选酶-底物作用的良好平台。蛋白芯片的检测目前蛋白芯片的检测主要有两种方式。一种是以质谱技术为基础的直接检测法，采用表面增强激光解析离子化-飞行时间质谱技术，用激光解析电离的方法将保留在芯片上的蛋白质解离出来。具体过程为：芯片经室温干燥后，加能量吸附因子如芥子酸，使其与蛋白质结合成混合晶体，以促进蛋白质在飞行时间质谱检测中的解析和离子化，利用激光脉冲辐射使芯池中的分析物解析成荷电粒子，根据不同质荷比离子在仪器场中的飞行时间长短不一，通过飞行时间质谱来精确地测定出蛋白质的质量，并由此绘制出一张质谱来，以分析蛋白质的分子量和相对含量。另一种为蛋白质标记法，样品中的蛋白质预先用荧光染料或同位素等标记，结合到芯片上的蛋白质就会发出特定的信号，用CCD照相技术及荧光扫描系统等对激发的荧光信号进行检测。与飞行时间质谱相比，该方法定量更加准确，操作也更加简便。与DNA芯片一样，蛋白质芯片同样蕴含着丰富的信息量，必须利用专门的计算机软件进行图像分析、结果定量和解释。其中应用最广的是荧光染料标记法，原理较为简单、使用安全、灵敏度高，且有很好的分辨率。可直接用广州博鹭腾 GelView 6000Plus进行拍摄。图1.GelView 6000Plus智能图像工作站GelView 6000Plus 配备600万像素科学级制冷CCD相机，制冷温度为环境温度下 55℃，极低的暗电流，很大程度降低背景干扰。而且独有的红外感应开关，自动控制样品台的开启与关闭，同时也减少了实验时对仪器的污染。

近日，中国科大生命科学学院、合肥微尺度物质科学国家实验室田长麟教授和清华大学刘磊教授合作，基于蛋白质化学全合成方法制备了不同类型的双泛素蛋白，在特定位点引入光活化交联基团，并成功鉴定高选择性双泛素结合蛋白。相关研究成果以“Chemical synthesis of diubiquitin-based photoaffinity probes for selectively profiling ubiquitin-binding proteins”为题发表在《Angewante Chemie Int. Ed.(DOI: 10.1002/anie.201611659)》上，该文章于2017年2月1日在网上公开发布。　　泛素化修饰是蛋白质翻译后修饰中非常复杂的一类体系，目前发现存在8种多泛素连接方式，分别在泛素蛋白的Met1、Lys6、Lys11、Lys27、Lys29、Lys33、Lys48、ys63等不同位点上接入下一个泛素蛋白。这些不同类型的蛋白质多泛素修饰在细胞自噬、蛋白酶体降解、细胞信号传导及DNA损伤修复等生命活动中执行非常多样的功能。但是，目前针对多泛素蛋白的生物法制备较为困难，导致选择性识别并结合多泛素修饰的蛋白质的了解非常贫乏。近年来，中国科大田长麟实验室和清华大学刘磊实验室通过紧密合作，在蛋白质化学全合成尤其是含有特种标记、翻译后修饰的膜蛋白、蛋白质复合物的化学全合成及组装等方面取得了多项重要突破(Angew Chemie2013,52:9558，JACS2014, 126:3695，Angew Chemie2015, 54:14276， JACS2016, 128:3553等)，并于近期发展了蛋白质泛素化修饰的化学合成技术并应用于含泛素化修饰核小体的冷冻电镜(cryo-EM)结构解析(ChemBioChem2017, 18:176)。这些为基于蛋白质化学全合成制备含有光交联基团的不同类型双泛素蛋白制备和高选择性结合蛋白的质谱鉴定提供了重要基础。　　 含有光交联基团的双泛素蛋白化学全合成及不同类型双泛素特异性结合蛋白的质谱鉴定　　近期，中国科大田长麟实验室、严以京实验室和清华大学刘磊实验室密切合作，应用基于蛋白质化学全合成方法制备了Lys48连接、Lys63连接的双泛素蛋白，并在蛋白质化学合成过程中在Ala46位点上引入不同的光交联基团。通过和标准泛素蛋白结合实验，确认了双泛素蛋白合成的有效性，并优化了光交联基团的反应条件。在此基础上，从哺乳动物细胞HEK293裂解液中通过光激活双泛素蛋白，并应用质谱方法鉴定出多个能和Lys48-连接双泛素、Lys63-连接双泛素结合的蛋白质，为后续进一步分析这些双泛素结合蛋白在细胞自噬、DNA损伤修复等生理活动中的功能机制提供了重要的前期基础。相关工作将为分析其他蛋白质相互作用、细胞中配体-受体发现等重要科学问题提供可靠的方法学手段。　　合肥微尺度物质科学国家实验室、化学物理系博士研究生梁军为该研究工作的第一作者。该研究工作得到了科技部、国家自然科学基金的资助。

仪器信息网讯，2010年5月15日，蛋白质组数据处理暨全国生物质谱学术交流会”在云南省丽江市召开。会议为期两天，主要讨论了蛋白质组学技术和应用、数据挖掘和生物质谱等方面的现状及其进展。在所有的大会报告中，除一些关于蛋白质组学技术最新研究进展的大会特邀报告外，第一天的专家报告集中讨论了糖蛋白组的最新分析技术与研究进展，第二天的报告集中讨论了蛋白质数据处理技术，包括蛋白质组生物数据库及分析平台的构建、数据统计分析方法的研究等方面。 　　作为会议议题的主要内容之一，糖蛋白广泛存在于生物体内，是重要的生物活性物质，具有很多重要功能，关于其的最新研究进展已受到国内外科学家们的高度关注。在本次大会上，南京大学的梁亮博士、美国约翰霍普金斯大学李岩博士、上海交通大学系统生物医学研究院的张延研究员等多位专家学者作了关于糖蛋白最新研究进展的报告，本文对关于糖蛋白研究的部分报告主要内容进行简要报道： 　　报告题目：应用糖蛋白质组学和糖组学的方法筛选癌症分子标记物 　　报告人：美国约翰霍普金斯大学李岩博士 李岩博士 　　李岩博士在报告中表示，目前分子标记物研究主要面临的挑战主要是，样品的复杂性与患者的个体差异性，应对其建立高准确度、高灵敏度、高通读、高重复性的分析检测方法。糖蛋白在分子标志物研究中的重要意义，大部分分泌蛋白、跨膜蛋白、和细胞表面蛋白是糖基化蛋白，他们涉及大量的生物学功能，并且，美国FDA已批准的生物标记物几乎全是糖蛋白。 　　在其报告中，分别通过糖蛋白质组学糖组学的方法对分子标记物进行了分析比较分析。 　　在糖蛋白质组学研究中，其分别采用多维色谱-质谱法(MALDI-TOF/TOF)和SRM-MS对糖蛋白进行了定量检测 在糖组学研究中，其表示，现有的糖组学方法不能用于临床样本检测，而新方法有待确立，李岩博士通过凝集素-抗体反应方法检测了糖的motif在前列腺组织中的表达水平。通过对糖蛋白质组学和糖组学方法的分析比较，其建立了适用于临床的检测方法，对于在前列腺中发现可能的分子标志物选择临床治疗方案有很大的帮助。 　　报告题目：用于糖蛋白富集的团队硼亲和方法研究 　　报告人：南京大学梁亮博士 梁亮博士 　　梁亮博士在报告中首先提到，糖蛋白(包括糖肽)的富集是糖蛋白质组学研究中的一个关键科学问题。目前用于糖蛋白富集的主要方法有凝集素亲和法、肼化学法、亲水作用色谱法和硼亲和色谱法等。和其他些方法比较，硼亲和方法虽具有显著的优点，但也有两个明显的缺点：(1)在中性pH下的亲和能力极弱，必须在碱性pH下才能与顺式二羟基化合物结合，这造成了操作上的不便，增加了样品变性的危险 (2)在碱性pH时取代硼酸带负电，与样品及样品基体间存在静电相互作用，因而导致专一性的下降。 　　为了同时解决以上两个问题，其科研团队提出了“团队硼亲和”的原理以及相应的方法。该方法要求分子团队成员在分子的另一端带上氨基，通过与环氧开环形成多孔整体材料，分子团队固定到整体材料的表面。该方法只需要一步反应即可制备得到所需的整体柱，操作十分简单，对操作者和环境友好。制备得到的整体柱可以直接应用于生理样品中的核苷等生物分子的专一性富集。最近，其科研团队提出了构建团队硼亲和的另一个绿色化学路线：分子自组装法。分子团队成员在分子的另一端带为噻吩或巯基，利用在金表面的分子自组装，一步反应即可得到团队硼亲和材料。利用该方法，制备了团队硼亲和磁性纳米颗粒和团队硼亲和MALDI靶板，其优异的亲和力和专一性得到验证，成功实现了在中性pH条件下对糖蛋白的专一性富集和纯化。利用团队硼亲和磁性纳米颗粒作为微萃取探针，通过MALDI-TOF MS检测，在生理pH条件下，存在于浓度高100倍的非糖蛋白基体中的糖蛋白能被专一性地萃取。 　　报告题目：蛋白质的O-糖基化修饰研究 　　报告人：上海交通大学系统生物医学研究院张延研究员 张延研究员 　　糖链修饰是一种重要的蛋白质翻译后修饰。细胞内50%以上的蛋白质都有糖链修饰。糖链参与了细胞识别、细胞分化、发育、信号传导、免疫应答等各种重要生命活动。按糖链与氨基酸的糖苷键结合方式的不同，真核生物中蛋白质糖基化可分为N-糖基化修饰和O-糖基化修饰，蛋白质的O-糖基化修饰中最主要的O-GalNAc修饰。 　　张延研究员通过对O-GalNAc糖基转移酶的糖基化修饰特性进行研究，利用UDP-GalNAc衍生物糖探针的荧光标记技术，结合质谱及多肽蛋白质芯片技术，建立了一种高通量发现蛋白质O-糖基化的新策略。

金属蛋白酶（MP）是一个在其活性中心具有金属离子的大型蛋白酶家族。根据结构域的不同，金属蛋白酶可分为多种亚型，主要包括基质金属蛋白酶（MMPs）、解整合素金属蛋白酶（ADAMs）以及具有血栓反应蛋白基序的ADAMs（ADAMTS）。它们具有蛋白质水解、细胞粘附和细胞外基质重塑等多种功能。相关会议推荐点击可免费报名金属蛋白酶在多种类型的癌症中表达，并通过调节信号转导和肿瘤微环境参与涉及肿瘤发生、发展、侵袭和转移的许多病理过程。因此，更好地了解MP在癌症免疫调节中的表达模式和功能将有助于开发更有效的癌症诊断和免疫治疗方法。MP的结构和表达基质金属蛋白酶（MMP）在脊椎动物中，MMP家族由28个成员组成，至少23个在人体组织中表达，其中14个在脉管系统中表达。基质金属蛋白酶通常根据其底物和其结构域的组织结构分为胶原酶（MMP1、MMP8、MMP13）、明胶酶（MMP2、MMP9）、溶血素（MMP3、MMP10、MMP11）、基质溶素（MMP7、MMP26）、膜型MMPs（MT MMPs）或其他MMPs。MMP家族有一个共同的核心结构。典型的MMPs由大约80个氨基酸的前肽、170个氨基酸的金属蛋白酶催化结构域、可变长度的连接肽或铰链区和约200个氨基酸的血红素蛋白结构域组成。不同类型的MMP具有不同于典型MMP的特定结构特征。例如，MT MMPs缺乏前结构域，而MMP7、MMP26和MMP23缺乏Hpx结构域和连接肽。此外，MMP2和MMP9包含纤连蛋白的三个重复。MMPs中的这些不同结构域、模块和基序参与与其他分子的相互作用，从而影响或决定MMP活性、底物特异性、细胞和组织定位。MMPs已在多种人类癌症中检测到，MMPs的高表达通常与大多数癌症的生存率降低有关，包括结直肠癌、肺癌、乳腺癌、卵巢癌和胃癌。其中MMP2和MMP9，能够降解基底膜中的IV型胶原，是研究最广泛的金属蛋白酶，与各种癌症患者的疾病进展和生存率降低相关。解整合素金属蛋白酶（ADAM）ADAMs是锚定在细胞表面膜上的I型跨膜蛋白，迄今已发现30多种。与MMPs类似，ADAMs包括前结构域和锌结合金属蛋白酶结构域。ADAM还包括一个在细胞表面蛋白中独特的去整合素结构域。ADAM的金属蛋白酶结构域高度保守，大多数ADAM都有一个富含半胱氨酸的结构域和跨膜区域相邻的EGF样结构域，然后是一个长度和序列在不同ADAM家族成员之间变化很大的胞内区。由于这些结构域的存在，ADAM可以结合底物并影响细胞粘附和迁移的变化，以及细胞表面分子的蛋白水解释放。它们的主要底物是完整的跨膜蛋白，如生长因子、粘附分子和细胞因子的前体形式。癌细胞通常表达高水平的ADAM，ADAM17是所有ADAM蛋白中研究最广泛的。一项评估ADAM17作为卵巢癌潜在血液生物标志物的研究表明，与对照组相比，培养的卵巢癌细胞系的培养基上清液以及卵巢癌患者的血清和腹水中的ADAM17水平明显更高。具有血栓反应蛋白基序的ADAM（ADAMTS）ADAM不同，ADAMTS是一种分泌型金属蛋白酶，其特征在于辅助结构域包含血栓反应蛋白1型重复序列（TSR）和间隔区，并且缺少跨膜区、胞内域和（EGF）样结构域，人ADAMTS家族包括19种蛋白。ADAMTS蛋白酶参与前胶原和von Willebrand因子的成熟，以及与形态发生、血管生成和癌症相关的ECM蛋白水解。研究表明，不同的ADAMTS具有不同的生物学功能，并且个体ADAMTS可以在不同的癌症中或根据临床环境发挥不同的作用。与MMPs和ADAMs相比，ADAMTS在TME中的参与研究较少，因此迫切需要系统地研究其在癌症中的功能。涉及癌细胞免疫相关MP的信号通路信号转导途径由多个分子组成，它们相互识别和相互作用，并传递信号以调节许多重要的生物学过程，如肿瘤细胞增殖、转移和免疫调节。三种信号通路尤其与免疫调节中的MP密切相关。肿瘤坏死因子信号肿瘤坏死因子-α（TNF-α）是一种重要的促炎细胞因子，参与免疫系统的维持和稳态，以及炎症和宿主防御。可溶性TNF-α通过蛋白水解酶ADAM17，也称为TNF-a转换酶（TACE），从跨膜TNF-α（tmTNF-α）裂解，该酶可通过激活TNF-α来协调免疫和炎症反应。鉴于ADAM17对TNF信号通路的受体和配体的作用，ADAM17被认为以多种方式影响TNF-α信号传导。例如，可溶性TNF-α产生的减少将导致tmTNF-α的积累，其将与TNFR2结合并导致不同的生物学结果。转化生长因子–β转化生长因子-β（TGF-β）作为肿瘤行为的关键调节因子，在肿瘤侵袭和转移、免疫调节和治疗抵抗中发挥重要作用。TGF-β也是TME免疫抑制的核心，根据具体情况对免疫系统具有多效性功能。MMP9和MMP2是已知的两种金属蛋白酶，可切割未激活的TGF-β前体并产生不同的TGF-β蛋白水解切割产物，从而导致TGF-β活化。此外，与CD44结合的MMP9降解纤连蛋白导致活性TGF-β的释放。癌细胞中MMP9的水平不仅可能影响TGF-β的蛋白水解，还可能影响TGFβ和TGF信号通路下游物质的表达。对乳腺癌中MMP9与TGF信号通路之间关系的研究表明，乳腺癌细胞中MMP9的过表达不仅显著上调了SMAD2、SMAD3和SMAD4的表达，还增强了SMAD2的磷酸化。Notch信号通路Notch信号涉及肿瘤生物学的多个方面，其在免疫应答的发展和调节中的作用比较复杂，包括塑造免疫系统和TME的组成部分，例如抗原呈递细胞、T细胞亚群和癌细胞之间的复杂串扰。特别是，Notch在不同免疫细胞的发育和维持中发挥着关键作用。配体与Notch受体结合后，下游信号由包括ADAM家族成员在内的一些蛋白酶介导。首先，受体/配体相互作用暴露了蛋白水解切割位点S2，其被ADAM金属蛋白酶切割。γ-分泌酶介导的S3处的后续裂解发生在跨膜区，导致Notch胞内结构域（NICD）的释放，该结构域转移到细胞核中，并将MAML与RBPJ结合，触发靶基因如Myc、P21和HES1的转录。已知ADAM10和ADAM17参与裂解S2，而ADAM17导致配体非依赖性Notch激活，ADAM10导致配体依赖性激活。MP对肿瘤微环境的调节TME是指肿瘤细胞周围的微环境，包括血管、免疫细胞、成纤维细胞、骨髓源性抑制细胞、各种信号分子和ECM。TME在调节癌症的免疫反应中起着关键作用。MP对ECM的影响ECM是TME基质的非细胞成分，ECM的重塑在癌症的发展和体内稳态以及免疫细胞募集和组织转移中起着重要作用。癌症进展过程中ECM的广泛重塑导致其密度和组成发生变化，具体而言，蛋白酶诱导的ECM成分的分解对于肿瘤细胞跨越组织屏障至关重要。MMPs和ADAMs是参与ECM降解的主要酶，参与ECM降解的MMPs可大致分为膜锚定MMPs和可溶性MMPs。ECM降解主要通过MT1 MMP激活的可溶性MMP（如MMP2、MMP9和MMP13）实现。ECM有三个主要成分：纤维、蛋白聚糖和多糖。MMPs通过与这些基质结合以促进各种ECM蛋白的周转，在组织重塑中发挥重要作用。MMPs降解ECM的具体机制尚不清楚，需要进一步研究。MP与免疫细胞之间的关系MP在促进免疫细胞活性和调节免疫细胞迁移方面发挥重要作用。MP和免疫细胞之间的关系如下图所示。ADAM10和ADAM17在静止的CD4+Th细胞表面表达，对调节CD4+Th的发育和功能很重要。ADAM10/17在T细胞共刺激受体以及共抑制受体的脱落中发挥关键作用。例如，CD154（CD40L）是一种II型膜共刺激受体，在T细胞和APC之间的相互作用后，CD154表达在几个小时内迅速上调，随后在ADAM10和ADAM17裂解后从T细胞表面释放。此外，ADAM10和ADAM17还作用于共刺激受体CD137，以及抑制性受体LAG-3、TIM-3，sLAG-3和sTIM-3的可溶性形式都是在ADAM10和ADAM17蛋白水解裂解后形成的。B细胞是体液免疫的关键细胞成分，位于脾脏中边缘区B细胞（MZB）表达高水平的CD80/86共刺激分子，导致T细胞活化。Notch2信号传导是MZB细胞发育所必需的，在MZB的发育过程中，Notch2异二聚体与基质细胞和APC上的DLL1等配体结合，这启动了一种未知的金属蛋白酶水解受体，导致Notch胞内结构域的释放，该结构域转移到细胞核并触发下游靶基因的表达。这种未知的金属蛋白酶可能是ADAM10。NK细胞表达IgG Fc受体FcγRIII（CD16），CD16分子可被ADAM17从活化的NK细胞表面裂解，ADAM17的抑制会削弱CD16和CD62L的胞外脱落，从而显著增加细胞内TNF-α和IFN-γ的水平。此外，MMPs和ADAMS可以从肿瘤细胞表面切割活化受体NKG2D的配体。这些裂解蛋白的可溶性形式与NKG2D结合，并诱导该受体的内吞和降解，导致肿瘤逃避监控。总的来说，ADAM17裂解的多种底物与NK细胞的不同作用有关。肿瘤相关巨噬细胞（TAM）有助于癌症的发生和恶性进展，高水平的TAM与预后不良和总体生存率降低有关。在多种癌症中，发现TAM通过分泌MMPs促进肿瘤血管生成和侵袭，并调节免疫反应。MMP的调节与TAM分泌的趋化因子密切相关。与MPs相关的免疫调节细胞因子多种来源于肿瘤细胞的细胞因子，包括TGF-β、EGF、HGF和TNF-α，介导许多MP的表达。其中最重要的是MMP9，其在血清和与肿瘤相关的组织中升高，并参与ECM的降解，以促进癌症中免疫细胞的迁移。此外，这些细胞因子必须被MP切割以参与肿瘤免疫过程。例如，被ADAM17切割的TmTNF-α产生活性sTNF-α。IL-12在T细胞发育和扩增中也起着关键作用，未激活的IL-12前体需要在被MMP14切割之后在TME中转变为活性状态。金属蛋白酶和血管生成迄今为止，已经报道了几种类型的肿瘤血管生成，包括萌芽血管生成和血管生成拟态（VM）。萌芽血管生成是通过血管基底膜中各种水解酶（如MP和组织纤溶酶）的上调实现的，这导致基底膜和ECM的降解和重塑。例如，在胰腺神经内分泌肿瘤中，MMP9分泌增加会从基质中释放出隔离的VEGF，从而将血管静止转变为活跃的血管生成。在肺癌细胞中，MMP2活性的抑制减少了其与整合素AVB3的相互作用，并抑制了下游PI3K/AKT信号介导的VEGF的表达，导致血管生成减少。VM是侵袭性肿瘤形成新血管的新模型，为肿瘤生长提供血液供应。研究表明，实体瘤的初始缺氧环境与VM密不可分，缺氧与MMPs的表达和活性密切相关。低氧诱导因子-1α（HIF-1α）已被证明直接调节MMP14、MMP9和MMP2的表达。靶向MP的免疫治疗鉴于MP在癌症免疫调节中的作用，人们开始探索靶向MP的免疫治疗，临床试验中出现了多种广谱MP抑制剂。然而，由于药物的非特异性靶向和MP在免疫调节中的复杂作用，MP抑制剂迄今未能改善癌症患者的生存和预后。最近，有报道称MP抑制剂可用于联合治疗，以提高免疫治疗的疗效。SB-3CT作为一种MMP2/9抑制剂，被认为可以提高抗PD-1和抗CTLA-4治疗黑色素瘤和肺癌小鼠模型的疗效。SB-3CT治疗不仅通过减少多种致癌途径导致PD-L1表达减少，而且与抗PD-1治疗相结合，显著改善了免疫细胞浸润和T细胞的细胞毒性。此外，SB-3CT与抗CTLA-4的组合增强了PD-L1表达的下调，并增加了肿瘤中活化的肿瘤浸润CD8+T细胞的丰度。Andecaliximab（GS-5745）是一种选择性抑制MMP9的单克隆抗体，GS-5745通过与MMP9前体结合并阻止MMP9活化来抑制MMP9，而与活性MMP9的结合则抑制其活性。Fab 3369作用于MMP14，阻断细胞表面表达的内源性MMP14，并抑制三阴性乳腺癌（TNBC）中ECM的降解。此外，有多种抗体可有效抑制ADAM17，包括A12、A9和MED13622。还有一些小分子抑制剂在临床开发中，在临床试验中显示出积极的效果。小结MP在TME中的免疫调节中发挥重要作用，包括ECM重塑、信号通路转导、细胞因子脱落和释放以及促进血管生成。与MP相关的新兴技术和药物在癌症诊断和治疗中得到了越来越多的探索。因此，更好地了解MP在癌症免疫调节中的表达模式和功能将有助于开发更有效的癌症诊断和免疫治疗方法。基于MP的探索和新技术具有巨大潜力，它们可能会为未来的癌症诊断和治疗提供有效的策略。参考文献：1.Immunomodulatory role of metalloproteases in cancers: Current progress and future trends. Front Immunol.2022 13: 1064033.

近日，恺佧生物完成近两亿元人民币的B轮融资交易，本轮融资由联新资本领投，临港蓝湾资本、国方资本和某著名跨国生命科学产业集团跟投。　　恺佧生物科技(上海)有限公司(Kactus Biosystems)成立于2018年3月，是一家以研发为驱动的创新型靶点蛋白和GMP原料酶高科技公司，主要专注于抗体药发现和细胞基因治疗市场。恺佧生物专属的高活性蛋白酶类研发生产平台SAMS，提供基于结构设计的功能靶点蛋白和用于细胞和基因治疗以及mRNA疫苗需要的GMP蛋白酶原料。　　恺佧生物创始人兼CEO王刚先生表示：“我们深感荣幸，恺佧生物能在这个行业调整期得到知名基金的参与和认可，帮助我们加速建立在全球生物药上游产业链的核心竞争力。自从2018年成立以来，恺佧生物一直致力于打造产品的差异化和核心竞争力，解决日新月异的生物药上游产业未被满足的需求。在本轮融资的资源加持下，我们将再接再励保持战略耐性，聚焦在蛋白酶赛道，在深度洞察客户需求的基础上加大研发投入和生产质量体系升级，穿越产业周期，把恺佧打造成世界级的生命科学产品品牌。”　　联新资本合伙人蔡磊先生表示：作为国内重组蛋白与CGT酶的引领品牌，恺佧生物团队拥有行业内领先的研发技术实力与生产能力，充分理解行业所需，搭建了丰富的产品阵列，成立仅仅四年多来就已经在高难重组蛋白与CGT酶领域建立起卓越的口碑，积累了一大批知名的下游客户群体。我们期待恺佧生物以国内生命科学上游原料头部供应商的身份，在未来持续打造下游亟需的优质产品，突破部分上游原料领域的“卡脖子”垄断，为中国生物医药产业的蓬勃发展保驾护航。　　临港蓝湾资本总经理曲霞女士表示：恺佧生物具备创新的重组蛋白酶研发能力以及快速反馈、快速迭代的客户服务能力，种类丰富的蛋白酶产品解决了生物医药产业供应链本土化的关键问题，同时恺佧生物积极拓展海外市场，打造具有国际影响力的生命科学产品品牌。恺佧生物在临港新片区生命蓝湾建立了符合GMP要求和完善的数字化质量管理生产体系。临港蓝湾资本专注于包括生物技术与制药、医疗器械、医疗服务、生物医药人工智能(AI)等细分领域，将为恺佧生物进一步提供全方位支持和服务。　　国方资本管理合伙人孙忞先生表示：生物医药行业发展催动对上游蛋白原料的需求，尤其近年来随着CGT、核酸药物行业的发展，对上游蛋白原料品类、质控的要求不断增加，监管审核的门槛也在提高。技术能力扎实，能不断开发新产品、好产品的公司会脱颖而出。恺佧生物团队技术实力强，围绕创新生物科技领域进行前瞻布局，团队执行力突出。我们相信恺佧生物是一家能源源不断开发出好蛋白产品的公司，国方资本希望能陪伴企业一路成长，做大做强。　　恺佧生物是一家靶点蛋白研发平台，专注于免疫治疗和诊断技术市场的蛋白工具，独有创新型功能重组蛋白和抗体研发生产平台Structure Aided design and Multiplex Screening SAMSTM，聚焦于全球创新药研发企业客户，提供基于结构设计的功能靶点蛋白特别是膜蛋白类CRO服务和目录产品。近日恺佧生物宣布完成近2亿元的B轮融资交易，本轮融资由联新资本领投，临港蓝湾资本、国方资本和某著名跨国生命科学产业集团跟投。

大家好，本周为大家分享一篇最近发表在 Journal of the American Chemical Society上文章，Native Top-Down Mass Spectrometry with Collisionally Activated Dissociation Yields Higher-Order Structure Information for Protein Complexes1。该文章的通讯作者是美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的Joseph A. Loo教授。非变性质谱(native MS，nMS)通常用于揭示蛋白及其复合物的分子量大小和化学结合计量比，但若要进一步阐明深层次的结构信息，则需要与串联质谱结合，即非变性自上而下质谱（nTDMS），通过对母离子进行二级甚至多级碎裂可获取额外的序列、翻译后修饰(PTMs)以及配体结合位点信息。此外，nTDMS能以构象敏感的方式断裂共价键，这样就可以从碎片模式推断出有关蛋白高级结构的信息。值得注意的是，使用的激活/解离方式会极大地影响得到的蛋白质高阶结构信息。电子捕获/转移解离(ECD、ETD或ExD)和紫外光解离(UVPD)等快加热的活化方式因其能够在保留蛋白整体结构的情况下先对共价键进行断裂而被广泛应用于nTDMS分析中。而慢加热的活化方式如碰撞活化解离(CAD)会在断键前进行能量重排，导致一些较弱的非共价相互作用先发生破坏，例如：亚基的释放和展开，因此对高阶结构表征没有帮助。而此次Joseph A. Loo课题组的研究结果显示使用基于orbitrap的高能C-trap解离(HCD)同样也可以从天然蛋白复合物的中直接获得序列信息，并且碎片模式可以提供有关其气相和溶液相高阶结构信息。此外，CAD还可以生成大量的内部碎片(即不包含N-/ C-端的片段)用于揭示蛋白质复合物的高阶结构。为了研究蛋白复合物HCD的碎裂化情况，作者比较了酵母来源的乙醇脱氢酶四聚体（ADH）在Complex-down MS (psedo-MS3)和nTDMS两种分析策略下的碎片模式。如图1所示，在Complex-down MS分析中，ADH经源内解离（ISD）释放出单个亚基，该亚基经HCD碎裂生成肽段b/y离子。而在nTDMS分析中，肽段离子则可以从复合物中直接获得。如图2（上）所示，在Complex-down MS分析中总共获得了24个b离子和18个y离子，能够实现11.8%的序列覆盖率。近乎相等数目的b、y离子表明Complex-down MS分析中释放的ADH亚基N-端和C-端均具有较高的表面可及性，即亚基发生去折叠。此外，碎片模式也揭示了N-端乙酰化、V58T突变体以及Zn2+结合位点等信息。相比之下，nTDMS分析则更反映ADH的高阶结构，如图2（下）所示，在nTDMS分析中主要检测到b离子，几乎没有亚基信号，说明b离子是直接由复合物中共价键断裂产生的。ADH的nTDMS分析共产生了60个N-端b离子和3个C-端y离子（17.6%序列覆盖率）。由HCD产生的大量N端碎片类似于ADH基于电子和光子解离技术产生的nTDMS产物。将这些片段映射到ADH的晶体结构上可以看出，N端区域比C端区域更容易暴露于溶剂，而C端区域主要形成复合物的亚基-亚基界面。ADH的碎片离子中来源亚基界面断裂的仅占8%，大部分碎裂都发生在溶剂可及的N-端。图1 Complex-down MS和nTDMS分析流程图1 Complex-down MS（上）和nTDMS（下）碎片模式比较ADH的nTDMS分析充分展现了CAD在蛋白复合物高阶结构表征上的潜力，为了进一步验证，作者还选择了其他的蛋白复合物进行实验，如醛缩酶同源四聚体、谷胱甘肽巯基转移酶A1二聚体、肌酸激酶二聚体等。这些蛋白复合物在n-CAD-TDMS分析中都产生了与结构对应的碎片离子，说明基于CAD的nTDMS分析是具有普适性。当然也会存在一些例外，膜蛋白水通道蛋白(AqpZ)同源四聚体在nTDMS分析过程中产生了高丰度的单体亚基、二聚体、三聚体信号，这应该归因于AqpZ四聚体亚基之间的弱疏水结合界面，导致亚基的释放发生在共价键断裂之前，因此产生的b/y离子无法反映蛋白复合物的空间结构。相较而言，以盐桥为主要稳定作用的蛋白复合物，如ADH、醛缩酶等则更容易在nTDMS分析中产生肽段碎片离子。此外，基于CAD的nTDMS分析中还发现了大量的内部碎片，ADH产生的大部分内部碎片来源于溶剂可及区。尽管内部碎片难以辨认，但可以大幅度提高序列覆盖率，提供更精细的结构信息。一个从小分子裂解衍生到大分子解离的假设是，在实验的时间尺度内，由碰撞引起的激活是完全随机化的，并以沿着最低能量途径引导碰撞诱导的解离。然而，这些假设没有考虑到熵的要求，缓慢重排可能是释放亚基所必须的，例如重新定位盐桥将一个亚基与其他亚基相连。在碰撞次数或每次碰撞能量不足以碰撞出能释放亚基的罕见构型的情况下，以释放出更小的多肽碎片(具有更少的约束) 代替重排可能具有更高的竞争性。总之，本文展示CAD在nTDMS分析中的应用，无需基于光子或电子的活化方式，CAD可直接从蛋白复合物中获得肽段离子，并且该碎裂离子能够反映蛋白复合物的空间结构。撰稿：刘蕊洁编辑：李惠琳原文：Native Top-Down Mass Spectrometry with Collisionally Activated Dissociation Yields Higher-Order Structure Information for Protein Complexes参考文献1. Lantz C, Wei B, Zhao B, et al. Native Top-Down Mass Spectrometry with Collisionally Activated Dissociation Yields Higher-Order Structure Information for Protein Complexes. J Am Chem Soc. 2022 144(48): 21826-21830.

为了更好地帮助仪器用户通过此次财政贴息贷款选购适合的仪器设备，仪器信息网联合多家优质仪器厂商上线了专门的仪器展示专题，提升用户选购仪器的效率；同时面向广大仪器厂商进行征稿活动，仪器厂商可围绕“2000亿贴息贷款政策下，如何助力快速选型采购”这一主题进行原创稿件创作（字数不少于1500字），稿件一经采用将发布在仪器信息网上并收录到相关专题中。专题链接：https://www.instrument.com.cn/topic/txdk2022.html近日卫健委发布《国家卫健委开展财政贴息贷款更新改造医疗设备的通知》，对医疗机构设备购置和更新改造新增贷款实施阶段性鼓励政策，中央财政贴息2.5个百分点，期限2年，申请贴息截止到2022年12月31日，合计涉及1.7万亿贷款总额。涉及的关键领域包括高校、职业院校、医院、中小微企业等九大领域的设备购置和更新改造均在计划中，整体工作将在今年年底前结束。喜迎国家利好政策，为了更便于科研单位进行设备申报，NanoTemper将于11月推出线上专题直播，更直观高效的助力用户快速完成选型采购。NanoTemper是一家专注于蛋白分析仪器开发的德国企业，总部位于德国慕尼黑市。我们为客户提供从蛋白表达筛选，蛋白质控，体系优化到互作分析的完整解决方案。对于蛋白研究，正确折叠，稳定性好的蛋白是实验成功的前提，而快速获取高质量的蛋白并不是一件易事，尤其是结构生物学以及药物发现研究的热点膜蛋白，更容易遇到表达水平低，收率低，活性易降低的问题。而最常用的SDS-PAGE， 可以评估总蛋白的表达水平，但无法鉴定蛋白稳定性。另一种常用方法是荧光检测分子筛（Fluorescence-detection Size-Exclusion Chromatography）FSEC技术，通过融合表达GFP绿色荧光蛋白，借助分子筛和荧光检测技术来评估蛋白的表达水平和多分散性，但单独使用时无法评估蛋白的热稳定性。虽然可以搭建自动化的检测方案，但其检测速度较慢，因此通量依然较低。针对该问题，我们公司推出了Andromeda蛋白表达筛选系统，可以实现蛋白纯化前的表达水平与稳定性的检测，以优化表达条件，帮助研究人员在更早期阶段直接通过裂解液精准筛选高表达及高稳定的蛋白表达体系，减少后期工作量，提高蛋白生产效率。Andromeda蛋白表达筛选系统在成功纯化好蛋白后，我们更需要多维度分析其理化性质，确保蛋白质量符合我们接下来的检测需求。Prometheus Panta多参数蛋白稳定性分析仪配备了微量差示扫描荧光技术（nanoDSF），背反射技术（Backreflection），动态光散射技术（DLS）和静态光散射技术（SLS）四种检测模块，是市面上唯一可以同时开启四种检测模块的仪器，可帮助研究人员全面评估蛋白质量，优化蛋白存储及实验缓冲体系，并可完成无标记Thermal shift assay进行结合配体的初筛（差示扫描荧光法表征蛋白配体互作，不加染料的那种_诺坦普科技（北京）有限公司 (instrument.com.cn)）。此外，仪器还可用于抗体可发性评估以及制剂筛选。Prometheus Panta多参数蛋白稳定性分析仪在使用Andromeda和Promethues得到高质量的蛋白后，您接下来的研究工作可能会涉及基于靶点的高通量筛选。Dianthus是首个使用光谱位移技术(Spectral Shift)的亲和力筛选平台，仅需1分钟即可精确计算样品间的kd值。使用Dianthus进行结合配体筛选有以下优势：33分钟完成384孔板检测可控平衡状态的溶液中检测，避免固定对样品的影响。在表征三元复合物时，二元复合物处于稳定状态，非常适用于PROTAC项目检测不依赖于分子量，无需担心分子量过低而漏掉有价值的hits样品均在溶液中独立检测，筛选共价结合配体时无需昂贵的耗材和繁琐的操作基于微孔板检测，无微流控系统，无需清洗维护点击了解Dianthus STING抑制剂片段筛选实例Dianthus亲和力筛选平台如果您对于分子间相互作用分析并没有太高的通量需求，不妨了解下Monolith X。Monolith X分子互作仪同样搭载了全新的光谱位移技术(Spectral Shift)，使用毛细管上样，单次运行可检测2个kd。因其无需进行样品固定，检测速度快，操作简单等特点备受全球研究人员的青睐，广泛应用于疾病机理研究，药物研发，结构生物学，植物科学等领域，帮助研究人员解决了诸多分子间相互作用分析难题，发表的文献超过5000篇。Monolith X分子互作仪关于NanoTemperNanoTemper始创于2008年，全球领先的科学仪器制造商，总部位于德国慕尼黑，全球设立13个分支机构。NanoTemper的愿景是致力于创造一个任何疾病都可以被治愈的世界。因此我们的使命是尽快研发出更有助于科研人员解决表征难题的生物物理工具。NanoTemper使用开创性的专利技术，推出了MO系列分子互作检测仪、PR系列蛋白稳定性分析仪、DI系列高通量Hits筛选系统等，从根本上大大缩短蛋白表征的时间和样品消耗。卓越的产品和优质的服务使NanoTemper成为全球成千上万的制药企业、学术研究机构及科技公司的首选合作伙伴。

纳米天线工作示意图　图片来源：物理学家组织网　　据物理学家组织网2022年1月10日报道，加拿大蒙特利尔大学科学家在最新一期《自然方法》杂志上撰文称，他们利用DNA，制造出了一种5纳米长的天线，这种天线可用于监测蛋白质结构随时间如何变化（当蛋白质发挥生物功能时会产生独特的信号），有望在生物医药等多领域“大显身手”。　　该研究资深作者、加拿大生物工程和生物纳米技术研究主席亚历克西斯瓦雷-贝利斯勒说：“近年来，化学家们意识到，DNA可以用于构建各种纳米结构和纳米机器。DNA可以像乐高一样组装，受此启发，我们制造出了这种基于DNA的荧光纳米天线，它可以帮助我们描述蛋白质的功能。”　　他解释道：“就像双向无线电既能接收也能发射无线电波一样，我们制造出的荧光纳米天线可以接收一种颜色（波长）的光，并根据它感应到的蛋白质运动，以另一种颜色将光发射回来，通过检测反射光，我们可以了解蛋白质的运动情况。”　　研究第一作者、蒙特利尔大学化学博士生斯科特哈伦解释道，使用DNA设计纳米天线的主要优势之一是，DNA相对简单且可编程，可用其制造出不同长度的天线，而且，研究人员很容易让荧光分子与DNA相连，然后将这种荧光纳米天线与生物纳米机器（如酶）相连。　　研究人员表示，这种天线有望在生物化学和纳米技术等诸多领域“大显身手”。哈伦说：“我们能在它的帮助下，首次实时检测到碱性磷酸酶的功能，这种酶与癌症和肠道炎症等许多疾病有关。此外，还可以帮助化学家识别有前途的新药，并指导纳米工程师开发更好的纳米机器。”　　瓦雷-贝利斯勒强调：“这种纳米天线很容易使用，世界各地的许多实验室可以很方便地利用它们来研究蛋白质，识别新药或开发新的纳米技术。我们计划成立一家初创公司，将这种纳米天线商业化，并将其提供给研究人员和制药行业。”

仪器信息网讯，2010年5月15日，蛋白质组数据处理暨全国生物质谱学术交流会”在云南省丽江市召开。会议为期两天，主要讨论了蛋白质组学技术和应用、数据挖掘和生物质谱等方面的现状及其进展。在所有的大会报告中，除一些关于蛋白质组学技术最新研究进展的大会特邀报告外，第一天的专家报告集中讨论了糖蛋白组的最新分析技术与研究进展，第二天的报告集中讨论了蛋白质数据处理技术，包括蛋白质组生物数据库及分析平台的构建、数据统计分析方法的研究等方面。 　　近年来蛋白质组学发展迅速，其相应的方法学研究也取得了巨大的进步，一系列新技术融入了的蛋白质组学技术当中，极大的促进了这门学科的发展。在本届大会上，中国科学院北京基因组研究所的刘斯奇研究员、复旦大学的张祥民教授、中国科学院大连化学物理研究所张丽华研究员等专家的报告介绍了许多应用到蛋白质组学之中的新技术、新方法，本文作简要概述： 　　报告题目：基于质谱的线粒体GST蛋白质组定性和定量分析 　　报告人：中国科学院北京基因组研究所的刘斯奇研究员 刘斯奇研究员 　　刘斯奇研究员在报告中首次提出了“线粒体GSTs蛋白质组”的概念，系统地研究了属肝线粒体中的GSTs。可采用亲和色谱法及SDS-PAGE富集GST蛋白，使用MALDI Tof/Tof MS 和LC tandem MS/MS鉴别蛋白。研究结果表明，属肝线粒体中存在5种GSTs，分别为GSTA3, GSTM1, GSTP1, GSTK1 以及GSTZ1。 　　为了对线粒体GSTs的相对丰度进行定量分析，其采用了质谱结合免疫印迹的综合分析方法：利用质谱对GSTs进行定性分析时，根据质谱谱图的多反应监测(MRM)推断GSTs结构 使用重组的GST蛋白作为标准物，建立了蛋白浓缩物的线性回归方程和胰蛋白酶GST多肽的MS/MS强度，同时，通过校准估算出了鼠肝线粒体中的GSTs含量。通过对特定GSTs抗体的强度识别，使用免疫印迹对GSTs进行了定量分析 获得了GST重组蛋白的5种单克隆抗体，将其用于GST浓度校准和免疫印迹强度分析 通过免疫印迹分析获得的定性分析结果基本与MRM数据获得的结果一致。 　　报告题目：蛋白质水平的色谱分离与生物质谱鉴定新方法研究 　　报告人：复旦大学张祥民教授 张祥民教授 　　张祥民教授在报告中表示，蛋白质的分离鉴定有更多困难。一方面，蛋白质分子量大，结构与构型上的变化导致分离效率下降，对色谱填料的孔径、分布与非特异性吸附等因素有更高要求 另一方面，蛋白质鉴定需要先进行酶解以得到质谱鉴定信息。 　　在报告中，他给出了较好的解决方法，通过对液相色谱分离系统的优化，在实际蛋白质样品考察优化了系统的分离性能，构建了液相色谱分离蛋白质鉴定方法与平台。研制了蛋白水平富集预柱，并将其应用于蛋白质捕集。在离子交换色谱柱和反向色谱优化选择上，实现了蛋白质分析所需的高分辨分离。色谱分离组分点样至靶板上，利用发展的快速酶解技术完成蛋白质酶解，再通过MALDI-TOFTOFMS或LC-LTQMS进行蛋白质鉴定。该方法使得蛋白质的理论分离能力达到5000个以上，蛋白质组分能够得到浓度信息，质谱鉴定可以同时利用肽指纹图谱PMFs信息和串级序列信息，使得蛋白质鉴定的可靠性大为提高。 　　报告题目：基于离子液体的新型膜蛋白质组预处理及分离鉴定技术 　　报告人：中国科学院大连化学物理研究所张丽华研究员 张丽华研究员 　　膜蛋白质存在于细胞内环境、细胞与细胞外环境的界面，对执行细胞内外物质交换、信息转换、细胞识别、代谢调节、免疫应答等功能起着重要作用。深入开展膜蛋白质组学研究对于揭示细胞功能、寻找药物靶点以及研制癌症治疗药物等具有重要意义。然而，由于膜蛋白质具有疏水性强、溶解性差、易沉淀、难酶解、含量低等特点，因此在采用通常用于可溶性蛋白质组分离鉴定的方法对膜蛋白质组进行研究时遇到了很大的挑战。 　　张丽华研究员在报告中指出，要提高膜蛋白质组的分析能力，必须发展可显著改善膜蛋白质组溶解性，又不影响后续分离鉴定的新方法。她在近期研究工作中，采用离子液体作为膜蛋白质组的增溶剂，并结合纳升二维液相色谱-质谱联用系统，对鼠脑和人肝内质网提取的膜蛋白质进行了分析。结果表明，离子液体不仅可以提高膜蛋白的溶解性，而且不用影响后续酶解过程中酶的活性。此外，在样品进入质谱鉴定前，易于在除盐步骤去除，不会影响质谱鉴定。与其他膜蛋白质组研究中常用的增溶剂相比，离子液体在膜蛋白质组样品预处理中表现出明显的优势。

质谱仪器作为一种质量检测仪器，被应用到各个学科领域中，尤其是在化学化工、环境能源、医药、生命及材料科学等领域发挥着重要作用。在常规质谱分析中，被分析物质首先被离子化，随后各种离子被引入真空中的质量分析器，在分析器中的电场或磁场作用下，离子的运动特性随其质荷比不同而产生差异，因而造成时空上的分离，并由检测器依次检测出来。而在这种原理下，质谱仪测量的是离子的质荷比（m/z)，而不是质量本身。利用质谱仪器对样品的分析过程中，样品的雾化过程十分关键。目前，常用的电喷雾技术原理是由John Fenn提出的电喷雾电离（ESI）技术，这一理论也获得了2002年的诺贝尔化学奖。通常对蛋白质这种大分子来说，ESI质谱中都会呈现多种价态的谱峰群，群落中的每一组为某个电荷态该蛋白质的各个同位素峰、盐峰以及加合物峰等。由于电荷态z通常是连续的整数分布（例如z = 11，12....21,22...)，人们可以通过计算不同电荷数对应的群落m/z的间隔来推算各组的电荷数z，进而求出实际的质量m的分布，也可以使用软件进行解卷积得到m分布。这种分析手段对于分析分子量较小（分子量在5万以下）、简单纯净的蛋白样品还是很有效的。然而，在实际应用中对天然蛋白和病毒颗粒的分析却不那么简单。随着分子量上升，分子结构越来越复杂，各种翻译后修饰使被测蛋白的分子量出现差异化，很宽的质量分布（可达上千Da）使得不同价态的峰群连接在一起。如图1所示，这种缺少电荷状态以及同位素峰的“死亡驼峰”，我们很难通过解卷积的形式进行分析。并且，对于很多糖蛋白，分子量超过3、4万就出现峰群交叠，无法用解卷积软件来获得分子量的分布信息。因此，对于大生物分子的质谱分析，仅靠提高仪器的分辨率是无济于事的。在这种情况下，电荷检测质谱（CDMS）技术便成为了我们的“救命稻草”。电荷检测质谱（CDMS）通过同时测量单个离子的质荷比和电荷数，进而计算获得离子质量m。因此，相较于其他类型质谱，CDMS技术的关键是如何准确地测量单个离子的电荷。目前，电荷检测质谱技术还没有现成的商品化仪器，只有能够自己开发质谱仪器硬件，或自己改编FTMS软件的专家才能进行这样的实验。而在今年的ASMS会议上，赛默飞公司重磅推出了直接分析质谱技术（DMT），并将其结合在了Orbitrap上，这使得超大分子量的复杂蛋白的直接质谱检测成为了可能。直接分析质谱技术其原理是：在Orbitrap中检测来自离子沿中心电极的中心轴旋转的轴向频率，进而确定离子的m/z信息；与此同时，来自外电极上的感应电荷振幅也会被检测，从而确定离子的电荷z的信息。直接分析质谱技术模式为 Orbitrap 质量分析仪增加了电荷检测功能，能够同时测量数百个单个离子的质荷比 (m/z) 和电荷数 (z)。这使得 Orbitrap 质量分析仪可以直接计算分析物的质量，而不需要根据 m/z 去卷积。根据 m/z 去卷积的方法依赖于测量结果中已分辨的电荷状态和/或同位素分辨的信号。直接分析质谱技术模式提高了分辨率，并且扩展了动态范围，提高了可获得的质量测量结果的上限，同时由于单个离子测量的灵敏度较高，可以从浓度明显较低的样品中采集到更有价值的数据。

从18世纪天花的接种实践到通过接种牛痘预防天花，疫苗的开发与应用领域有着持续进步的丰富历史。1930年，可用于体外病毒繁殖的动物细胞培养物的引入，为20世纪下半叶针对麻疹、腮腺炎、风疹和脊髓灰质炎等疾病的减毒、灭活疫苗的成功开发奠定了基础。而随后的在酵母、细菌、昆虫和哺乳细胞中引入重组DNA技术的建立，使得新型疫苗的开发成为可能。本文将对当前上市或临床试验中的，以CHO细胞为生产平台的蛋白亚单位疫苗类型进行梳理。一CHO细胞表达系统特征CHO细胞包括从CHO-ori细胞系衍生出CHO-DXB11 (DHFR+/-) 、CHO-DG44 (-/-) 、CHO-GS、CHO-K1SV等多种细胞系，各具特定的特征，可分离稳定的转染物并获得高产量。与其他重组蛋白质生产细胞系相比，CHO细胞具有更高的生产力，流加批次培养可达到1-10 g/L。而相较于293细胞，病毒不易感染CHO细胞并在其中复制。CHO细胞对于蛋白的翻译后加工修饰与人类细胞的高度相似，如糖基化、二硫键形成以及蛋白的水解加工，但是也与人类细胞在翻译后修饰的特定模式与结构上存在微妙差异，没有工程化修饰过的CHO细胞不能合成某些人源聚糖键，比如：α-2,6-唾液酸化、二分N聚糖和α-1,3/4-岩藻糖基化，为了在CHO细胞内实现目的蛋白的糖基化，不同的团队也开发了相应的糖工程方法。CHO细胞可以进行高密度无血清悬浮培养，并将目的蛋白分泌到培养基中，因而是一个经济有效的大规模重组蛋白表达平台。CHO细胞中重组蛋白的表达可受到多种因素影响，包括：表达质粒、启动子的选择、培养条件（培养基成分、温度、溶氧）、CHO细胞系的选择和表达系统的选择等。利用CHO细胞进行重组蛋白表达包括瞬时表达和稳定表达两种方式。瞬时表达系统中含有目的基因的cDNA会随着细胞分裂而被稀释，表达周期较短。尽管瞬时表达的效率低于稳定表达，但优化策略后的蛋白产量也可高达1 g/L。而瞬时表达减少了与细胞系开发相关的时间和成本，被广泛用于临床前研究中蛋白的快速生产。CHO细胞稳转则是大规模生物制造的标准方法。二蛋白亚单位疫苗蛋白亚单位疫苗是基于病原体的一种或几种分离或选定的成分，通常是免疫显性抗原（全蛋白、蛋白结构域或多肽），可在佐剂刺激下使产生体液和/或细胞免疫。蛋白亚单位疫苗因为没有恢复到致病形式的风险，也被认为比灭活疫苗或减毒活疫苗更安全。蛋白亚单位疫苗已被批准用于多种病毒感染性疾病的预防，如：SARS-CoV-2、水痘-带状疱疹病毒、呼吸道合胞病毒和流感，剂量范围从5到180 ug。尽管新冠的蛋白亚单位疫苗应用范围没有其他类型疫苗广，但仍是目前临床前和临床候选疫苗的主要选择。蛋白亚单位疫苗的一个潜在挑战是免疫原性较低，这也凸显了识别抗原以引起强大保护性免疫的重要性。三CHO细胞生产的已批准或处于临床阶段的蛋白亚单位疫苗基于CHO细胞作为治疗性重组蛋白表达系统的优势，CHO细胞已成为蛋白亚单位疫苗生产的主要选择之一。从近40年前开始，各种基于CHO细胞的治疗药物被监管机构批准，与新的细胞系或使用较少的细胞系相比，生物制药公司、CDMO公司以及供应商可以基于CHO细胞生产平台的熟悉度大大减少了疫苗生产的时间和风险。利用CHO细胞生产蛋白亚单位疫苗的上下游工艺与生产其他重组蛋白相似。接下来我们将梳理已获批或正在临床开发的蛋白亚单位疫苗（如图1）。图1：CHO细胞生产平台的应用 (a) 已获批或临床候选药物的蛋白亚单位疫苗；呼吸道合胞病毒呼吸道合胞病毒是全球呼吸道感染的主要原因，在幼儿、老年人和慢性病患者中可引起严重疾病，2019年全球幼儿死亡人数超过100000人，在高收入国家中造成2.2万到4.7万人死亡。早期使用甲醛灭活的RSV疫苗，甲醛导致病毒抗原产生羰基集团，阻碍了抗原在细胞质中的加工，产生了低亲和力的抗体，从而导致了增强型的RSV疾病，表现为：高烧、支气管炎和呼吸困难。目前RSV表面的病毒融合 (F) 蛋白作为疫苗开发的潜在靶点，这种预融合稳定形式的设计已被证明可以产生有效的中和抗体。但也有研究表明，即使采用低剂量预融合F蛋白在动物上也可能产生增强型RSV疾病。相比之下，预融合的F蛋白在成人接种时表现出较好的结果，也导致葛兰素史克开发的RSV疫苗Arexvy疫苗 (RSVPreF3 OA) 的获批上市。该疫苗使用CHO细胞生产，由F蛋白的1-513号残基组成，通过T4纤维蛋白结构单元三聚体化。预融合形式通过将F1的Ser155和Ser290替换为半胱氨酸而实现，在不稳定的N端和结构刚性中心区域之间建立了二硫键，另外引入S190F和V207L突变以填充F1N端空隙，增加疏水相互作用。在早期临床试验展现良好的安全性，并确认其诱导产生中和抗体的能力后，和AS01E佐剂一起进入了III期临床，在17个国家25000名60岁以上成年人中评估有效性。研究结果显示，单剂该疫苗对RSV相关的下呼吸道疾病的有效性为82.6%，对严重表现的有效性为94.1%，对RSV相关急性呼吸道感染的有效性为71.7%。第二个获批的RSV疫苗是辉瑞公司的Abrysvo，是由CHO细胞生产的针对RSV A和B亚群的双价融合前F蛋白。在III期临床中，对RSV相关的下呼吸道疾病有66.7%的有效性，对严重RSV相关疾病有85.7%的有效性，且严重不良事件发生率低，安全性无明显问题。并且也作为孕妇疫苗进行评估，接种孕妇时间为妊娠第24-36周，该疫苗显示在新生儿出生后的前90天内，预防严重RSV相关呼吸道疾病有81.8%的有效性，因此获批做为预防婴儿RSV的母亲疫苗。以上两个疫苗受到了市场的广泛接受，在三个月内达到了12.35亿美元的销售额，也凸显了CHO细胞在疫苗制备中的商业潜力。水痘-带状疱疹病毒 (VZV)VZV可引起水痘，是一种与典型皮疹和轻微症状相关的高度传染性感染。初次感染后，病毒可在神经元中持续存在，多年后重新激活会引起带状疱疹；重新激活后以皮疼痛性水疱性皮疹为特征，在免疫受损的宿主中可能导致出血性病变，最主要的并发症为急性神经炎和带状疱疹后神经痛，影响50岁以上的25%-50%的患者。为了保护年长或免疫缺陷的成年人，重组VZV疫苗Shingrix于2017年由FDA获批，一年后获批EMA。Shringrix是以VZV病毒表面最普遍的gE蛋白为抗原，是中和抗体和T细胞识别的关键靶标。该疫苗由CHO细胞生产，并由于去除了C端和跨膜结构域而可以被分泌到细胞外。在抗原产生过程中，CHO细胞的培养条件优化后，使用20 L的波浪式反应器进行批培养，最终每升产量在2.44 g。在50岁以上人群中，有效性达97.2%以上。人巨细胞病毒 (HCMV)HCMV是一种感染了全球约80%人口的病原体，一旦个体免疫降低就会引发健康风险。并且也与各种癌症进展有关，其先天性感染也是出生缺陷的主要原因。即便如此，目前也没有批准上市的疫苗。但有几款疫苗在临床试验中，其中有几款疫苗基于HCMV表面的gB蛋白由CHO细胞产生，与病毒入侵过程中的膜融合至关重要，并且包含中和抗体的多个识别表位，该蛋白与佐剂MF59正处于临床II期进行测试。赛诺菲的gB基因来源于HCMV Towne毒株，不含跨膜结构域和弗林切割位点。gB/MF59疫苗在移植后患者、产后妇女和健康的青春期女孩等不同受众中均获得了良好的效果，结果显示，gB结合抗体滴度增加，CD4+T细胞反应增强，HCMV病毒血症降低。葛兰素史克的另一款gB蛋白亚单位疫苗处于临床I期试验中，抗原基于AD169毒株，其修饰与赛诺菲相似。另外，来自单纯疱疹病毒1型的gD氨基酸序列融合在AD169 gB序列以促进分泌。最近葛兰素史克开发的针对HCMV的新型佐剂，由gB蛋白和五聚体抗原组成。HCMV五聚体复合物也是疫苗开发中的具有吸引力的抗原，相比于gB蛋白，能诱导更有效的抗体中和进入上皮细胞。因此，葛兰素史克使用CHO-K1和CHO-DXB11衍生的细胞克隆获得400 mg/L的五聚体复合物，并在小鼠中诱导了有效的中和免疫反应。五聚体/gB 蛋白亚单位疫苗候选药物目前正在健康成人受试者中进行评估。人类免疫缺陷病毒 (HIV)即使在发现HIV病毒40年后，HIV功能性疫苗的挑战仍然存在，主要原因包括逆转录酶中缺乏3’核酸外切酶的校对活性，使得病毒gp41和gp120可快速突变。而中和抗体靶向的抗原表位位于HIV包膜蛋白的gp可变区域，在免疫系统的筛选压力下也会导致突变体的产生。HIV env gp重组三聚体是目前作为疫苗开发最有潜力的靶点，可能会引发广泛的中和抗体。始终保持融合前构象的早期可溶性三聚体称为“SOSIP”，其中包括gp120-gp41之间的工程化二硫键 (SOS) 以及有助于维持融合前构象的螺旋断裂突变（I559P，称为IP）。最近的临床试验中的SOSIP三聚体已经进行了改进，包括CHO细胞的改进。其中某些env蛋白，尤其是HIV分支B的env蛋白容易受蛋白水解影响。为了解决这个问题，采用了工程化的C1蛋白酶缺陷的CHO细胞系，从而减少蛋白降解。三聚体4571 (BG505 DS-SOSIP.664) 是基于HIV A分支的高度稳定的与融合闭合可溶性包膜糖蛋白三聚体。该三聚体在gp120中结合了201C-433C二硫键突变以防止CD4诱导的构象变化。最近三聚体4571在I期临床试验中进行了独立评估，并在异源方案中作为加强剂量中做了评估，结果显示三聚体4571是安全的，没有引起不良反应，并能够成功诱导特异性抗体产生，主要是集中在三聚体上的无聚糖基底上的抗体。但是对于天然三聚体，通常由于免疫系统无法接触到无聚糖基底而导致其在临床试验中具有更明显的非中和反应。为了减少这种基底定向免疫，未来CHO细胞生产的蛋白亚基疫苗可以使用聚糖进行工程设计以掩盖三聚体基底结构域，减少非中和抗体的产生。严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2 (SARS-CoV-2)为抗击COVID-19大流行研发了多种疫苗，包括：灭活病毒疫苗、基于蛋白质的疫苗、核酸疫苗以及载体疫苗。源自SARS-CoV-2刺突 (S) 蛋白的蛋白亚单位疫苗由CHO细胞产生，不同的候选药物在特定国家/地区获得紧急使用或在临床试验阶段。表1：截止2023.12临床审批的CHO细胞生产的蛋白亚单位疫苗SARS-CoV-2蛋白亚单位疫苗开发最广泛使用的策略之一是使用S蛋白的胞外结构域 (ECD) 作为抗原。Medigen Vaccine Biologics Corporation开发的MVC-COV1901疫苗基于融合前稳定的S ECD三聚体，该三聚体具有K986P和V987P突变，以及在S1/S2连接处具有弗林蛋白酶切割位点682突变 (RRARGGAS) ，以提高稳定性并增加了T4纤维蛋白三聚体化结构域。CHO细胞用于生成表达该S抗原的稳定克隆，该抗原被证明类似于人HEK293细胞表达的SARS-CoV-2 S蛋白的结构。该候选疫苗用氢氧化铝（明矾）和CpG 1018佐剂，CpG 1018是一种TLR-9激动剂，通过刺激CD4+/CD8+T淋巴细胞来增强免疫原性。II期临床试验 (NCT04695652) 表明，MVC-COV1901是安全的且耐受性良好，并且在年轻人和老年人中都能诱导高中和抗体滴度。MVC-COV1901还与牛津-阿斯利康的ChAdOx1 nCoV-19病毒载体疫苗进行了比较，其中MVC-COV1901被证明更优越，可诱导更广泛的IgG亚类和更高的抗Omicron (BA.1) 变体的中和抗体滴度。MVC-COV1901已获准在斯威士兰、巴拉圭、索马里兰和台湾使用。SARS-CoV-2 S蛋白内的受体结合域 (RBD) 是中和抗体的主要靶点。因此，它已被用于生产各种蛋白亚单位疫苗。已经探索了不同的策略来进一步增强其抗原性，例如使用单体、二聚体或多聚体形式。ZIFIVAX (ZF2001) 疫苗由安徽智飞龙康生物制药公司开发，由三剂基于RBD的疫苗和明矾佐剂组成。ZF2001是由两个拷贝的RBD (R319-K537) 形成并在CHO细胞中产生串联重复的二聚体。这种RBD二聚体与RBD单体保持相似的亲和力，而且能够有效地与人ACE2受体结合。在I期和II期临床试验中，ZF2001在人体中表现出安全特征和免疫原性。在多个国家/地区进行的III期临床试验显示，在完全接种疫苗后至少六个月内对有症状和重度至危重的COVID-19具有安全性和有效性。ZF2001疫苗已获准在中国、哥伦比亚、印度尼西亚和乌兹别克斯坦使用。CHO细胞的广泛使用和抗原表达的翻译后修饰使得CHO细胞在面临非快速反应环境中生产疫苗更为可取，尤其是CHO细胞的可操作性、安全性和稳定性。CHO细胞作为更具成本效益和高效的疫苗生产平台的潜力会越来越的到业界认可。在CHO细胞培养过程中，HyClone可以提供多种商品化CHO细胞培养基，包括：Actipro、HyCell CHO、PSL A01和PSL A02等多种基础培养基以及包括Cell boost 7a、Cell boost 7b等多种补料。参考文献：CHO cells for virus-like particle and subunit vaccine manufacturing声明：本文为作者原创首发，严禁私自转发或抄袭，如需转载请联系并注明转载来源，否则将追究法律责任

赛默飞与蛋白设施达成战略合作，助力蛋白质科学创新发展赛默飞色谱与质谱中国 // 近日，科学服务领域的世界领导者赛默飞世尔科技（以下简称：赛默飞）携手中国科学院上海高等研究院国家蛋白质科学研究（上海）设施（以下简称：蛋白设施）在上海举办蛋白质动态分析联合实验室签约仪式。双方在蛋白质动态分析研究领域，及通过蛋白设施联合上海临床研究中心开展的临床应用等领域，基于良好的合作意向，同意共建实验室及建立战略合作伙伴关系，并在2024年上海市产业技术创新大会得到会议举办方及与会代表众多领导、专家和学者的见证。本次战略合作基于赛默飞全球领先的高分辨质谱、电镜等平台及蛋白组学解决方案基础上，结合了蛋白设施在蛋白组学领域领先的科研能力、研发成果和强大的技术团队。双方围绕蛋白组学解决方案合作、技术培训交流、人才培养等方面达成了共识，旨在整合双方优势资源，共同提升蛋白组学研究、临床样本队列研究和生物医药领域产业的发展，共创技术新生态，为科研的新质生产力注入活力。高分辨质谱+冷冻电镜打造蛋白质科学创新平台赛默飞高级副总裁、亚太和拉美地区总裁Mark Smedley先生，赛默飞分析仪器事业部中国区商务副总裁周晓斌先生，蛋白设施主任吴家睿教授等出席了本次签约座谈仪式。双方领导共同讨论了高分辨质谱结合冷冻电镜技术，电镜技术结合AI，以及高分辨质谱、电镜技术与Olink方案的整合在蛋白组学领域的创新应用，并探讨了未来共同建立临床质谱标准数据库的落地化方案。滑动查看更多强强携手 加深合作全面推动蛋白质科学创新发展在报告环节，吴家睿主任介绍了蛋白设施成立的背景、技术系统、平台设备、重点方向以及近年来取得的成果。赛默飞材料与分析业务生命科学市场销售发展总监陈昉和色谱与质谱业务科学研究市场高级商务总监周昕分别对之前的技术及培训合作进行了回顾，并对未来计划进行了展望。蛋白组学领域自问世以来，取得了令人瞩目的进展。基于质谱和电镜平台，已经诞生了许多重要的发现。这些发现不仅深化了我们对蛋白质结构、功能和相互作用的理解，还为疾病诊断、药物研发和个体化治疗等提供了重要的指导。 此次合作，将共同推动Orbitrap质谱技术和Cryo-EM冷冻电镜在蛋白组学领域的应用，为蛋白质科学研究和生物医药相关领域产业的发展贡献更多华丽的成果。在未来的合作中，双方将共同努力，充分发挥赛默飞的全球领先技术和蛋白设施的科研实力，为蛋白质科学的创新突破和应用推广开辟更加辉煌的前景。关于中国科学院上海高等研究院国家蛋白质科学研究（上海）设施 蛋白质设施是国家“十一五”规划建设的国家重大科技基础设施项目，是全球生命科学领域首个综合性的大科学装置。蛋白质设施主体位于上海市张江科学城，于2008年经国家发改委批复，2014年建成并开放试运行，2015年通过国家验收正式开放运行。蛋白质设施的目标是建设国际一流的蛋白质科学研究体系和成为我国蛋白质科学及技术发展的重要创新基地。主要任务包括：开展蛋白质科学相关研究；研究蛋白质的多尺度时空结构；分析蛋白质修饰和相互作用；阐释蛋白质与化学小分子之间的相互作用；研究蛋白质相关的计算生物学与系统生物学；发展蛋白质研究的新方法和新技术学；结合创新药物的发展，研究蛋白质药物靶标的功能活动的结构特征等。蛋白质设施将聚焦世界科技前沿领域，在不断创新中实现跨越和发展，充分发挥大科学设施平台效能，全面支撑我国蛋白质科学研究和生物医药相关领域产业的发展。如需合作转载本文，请文末留言。

在4月30号出版的《美国化学会志》(JACS, 2008, 130, 5798)上报道了中科院武汉物数所杨俊博士在美国University of Delaware 用固体NMR新方法研究蛋白质界面的研究工作。 一些生物大分子，如膜蛋白，蛋白质复合体，蛋白质纤维等，在生命过程中起着极为重要的作用，但是由于难于得到这些生物分子的单晶以及它们在溶液中的低溶解度， 用X-ray和液体NMR很难得到它们的结构。一个典型的例子是膜蛋白质。膜蛋白约占与人类基因编码有关的蛋白质的30%，一些重要的生命活动如能量转换、信息识别与传递、物质运送和分配都与膜蛋白密切相关。但是到目前为止，只有157种(总共约3万种)膜蛋白的三维结构结构是已知的。对于这些“困难”的生物大分子，固体NMR被认为是最有前途的研究手段之一。自从2002年德国科学家首次用魔角旋转NMR得到固体蛋白质的三维结构以来，这几年这个领域飞速向前发展。随着高磁场NMR仪器的使用，魔角旋转NMR探头技术的发展，固体蛋白质样品制备技术的成熟和一批两维到四维固体NMR脉冲序列的使用，魔角旋转NMR研究蛋白质的能力大大提高，魔角旋转NMR已经能够对25-30 KDa的蛋白质进行NMR信号全归属和相应的结构和动力学研究。 在这个研究中，杨俊和University of Delaware 的同事Tatyana Polenova设计了一组新脉冲序列，他们用这组脉冲序列研究了用不同同位素标记的thioredoxin蛋白质组装体的分子内和分子间的界面。首先他们用理论模拟和NMR实验证实了固体NMR中的REDOR技术可以用来消除13C,15N全富集的蛋白质主链上的15N信号，实现了用一个蛋白质样品同时进行NMR信号归属和蛋白质界面研究。借助于对远程相互作用敏感的1H/13C REDOR和PAIN－CP技术, 他们设计了两个脉冲序列，用不同核自旋对的相关性观察到了蛋白质界面上空间相近的残基对。另外，他们还设计了两个脉冲序列对蛋白质另外一段的主链上的15N信号进行了归属。这组固体NMR的脉冲序列和相应的同位素标记方法将可以在更大的蛋白质复合体的界面研究中使用。

截至目前，人类蛋白质组计划收录的质谱数据可覆盖人类约90%的蛋白，同比可映射至其他物种的蛋白。尽管如此，复杂体系单针蛋白组学鉴定深度依旧受限于液相分离能力、质谱扫描速度和灵敏度等因素。近些年，基于离子大小和结构在气相中进行分离的技术成为质谱领域的关注焦点。该技术不仅在高效性和便捷性上点燃了大众对离子淌度的兴趣，更因其能结合传统液相 (LC) 和质谱 (MS) 的技术优势而备受瞩目。为了能将基于新型捕集离子淌度的4D-蛋白质组学技术讲清楚，我们将通过一系列的文章，携各位共同回顾捕集离子淌度结合飞行时间质谱的发展历程和前沿的进展。01TIMS和PASEF技术的发展离子淌度谱 (Ion mobility spectrometry, IMS) 是通过额外加入一维离子淌度从而将离子根据大小和形状在气相中分离。传统漂移IMS中离子受弱电场中惰性缓冲气体阻尼效应，与惰性气体分子的碰撞会延缓运动。离子穿过漂移管的迁移时间由离子与缓冲气体的碰撞频率决定。因此离子迁移时间与结构、大小、质荷比及缓冲气体性质相关，根据迁移时间即可换算出离子碰撞截面积值 (Collision cross sections，CCS)，CCS值小的离子相较于CCS值大的离子能够更早的到达检测器。自1960年代起，IMS和MS检测器实现耦合，随后各种IMS方法被研发出来并不断更新。这其中包括漂移时间淌度谱（DIMS）、行波离子淌度谱（TWIMS）和捕集离子淌度谱（TIMS）等。尽管IMS在毫秒级的分析时间尺度增加了其在蛋白组学研究中的应用潜力，但仪器和数据的复杂度高及灵敏度低限制了IMS的广泛应用。目前，布鲁克专注于TIMS (trapped ion mobility spectrometry, TIMS) 和PASEF (parallel accumulation-serial fragmentation, PASEF) 联合技术。尽管从离子淌度发展的悠久历史来看，TIMS和PASEF兴起于十年前，属于相对新颖的技术，但新一代技术能够大幅增加离子传输效率和扫描速度，具有应用于蛋白质组学研究的无限潜力。2011年TIMS的推出 (Fernandez-Lima，et al. 2011) 颠覆了传统IMS技术，用气体吹动离子逆电场迁移并根据离子淌度将其分批释放。这种设计使离子淌度分辨率可不受设备物理尺寸限制大幅提升从而实现空间紧凑设计，也可在比常规低一个数量级的电压下运行。目前商业配置的设备拥有双TIMS配置，第一个TIMS具有10cm的离子通道主要用于离子捕集，而与其串联的第二个TIMS负责离子的分批释放。由于双TIMS能够将离子捕集和释放周期形成闭环，从而提升离子利用率至100%。在100ms极短时间内TIMS可对特定淌度区间的离子富集并将其压缩至1~2ms半峰宽的淌度峰，这就为TIMS结合TOF质量分析器实现快速检测提供了可能性。impact II平台配备了一个TIMS，成为新一代timsTOF仪器的前身。02TIMS和PASEF技术原理TIMS将离子捕获在一个电动通道中，通道从入口到出口充斥着2~3 mbar的气流 (图二A)。气流对各离子产生的吹力会因其空间横截面积产生差异，横截面积越大则受到的吹力越大。这种气流吹力促使离子往前运动，而沿通道增强的直流电场阻力方向则恰好相反，当受到的气体吹力和反向电场力相等时，离子将会稳定淌度管在这一特定位置，即离子被捕集住。由于相同离子淌度离子会稳定在相同位置上，这就使得在离子源区域和传输过程中呈现发散状态的离子实现时间和空间上的聚焦，有利于提高仪器灵敏度和扫描速度。分析过程中，通过逐渐降低电场强度将离子在淌度维度上逐级洗脱，离子受到气体推力不变，而随着电场力下降，离子就由大到小分批释放。电场强度的调节是通过保持出口电压不变，以恒定的用户定义的频率增加通道入口电压来实现。在相同累积时间的情况下，单TIMS会损失超过一半的离子，因为离子在释放的时候需要阻止离子源过来的离子进入淌度管，以免打乱其中离子分布稳态，而离子源端离子是持续存在的。因此，Silveira等人提出增加为双TIMS设计解决了该问题，该设计将整个通道分区为离子捕获区、离子传输区和TIMS分析区三个区域 (图二B)。这种双TIMS的配置将离子累积和释放划分在不同区域完成，也使得累积和释放能够实现时间上的并行。离子在捕获区被捕获累积，随后通过一步简单的传递将其转移至分析区进行离子淌度分析。同一时间，捕获区会再次被下一批离子填满，从而实现离子零浪费 (Silveira et al. 2017)。近些年，串联TIMS成为了发展趋势。PASEF的设计理念是利用离子累积和释放同步进行来提高MS/MS实验的效率。多肽离子通过捕集型离子淌度分析器进行分离，洗脱（~100ms）并在QTOF中检测，生成TIMS MS热图。在PASEF方法中，离子在淌度分析器中的分离和四级杆隔离同步进行，四级杆能快速切换到下一个母离子。timsTOF Pro采用了一种先进的分段四极质量过滤器，以提高离子传输和隔离效率。由于其超快的质量轴切换时间（034D-蛋白质组学的诞生2018年12月01日，德国Max Plank Institute生化研究所的 Matthias Mann团队在新一期的《Molecular Cellular Proteomics》上在线发表了研究论文《Online Parallel Accumulation–Serial Fragmentation (PASEF) with a Novel Trapped Ion Mobility Mass Spectrometer》，文章中对timsTOF Pro平台在蛋白质组学分析中的表现进行了详细评估，也让4D-蛋白质组学正式进入大众视野，超快的灵敏度、超高的采集速度和超好的稳定性，让人们印象深刻。离子淌度首次被引入到大规模蛋白质组学分析，这使得蛋白质组学进入了4D新时代。4D-蛋白质组学是在3D分离即保留时间（retention time）、质荷比（m/z）、离子强度（intensity）这三个维度的基础之上增加了第四个维度，离子淌度（mobility）的分离（图5），进而大幅度的提高峰容量、扫描速度和检测灵敏度，带来蛋白质组学在鉴定深度、检测周期、定量准确性等性能的全面提升。相信到这里，大家对4D-蛋白质组学技术研发背景有了一个全面的了解。小编在这里也提前做一个预告，在的面的几期，我们将进一步对全4D的采集模式（dda-PASEF® ，dia-PASEFF® ，prm-PASEF® ）及其应用优势、4D-数据处理等方面进行详细的讲解。参考文献 Florian Meier, et al., Online Parallel Accumulation–Serial Fragmentation (PASEF) with a Novel Trapped Ion Mobility Mass Spectrometer. Molecular & Cellular Proteomics, 2018Florian Meier, et al.,Trapped Ion Mobility Spectrometry and Parallel Accumulation-Serial Fragmentation in Proteomics. Molecular & Cellular Proteomics, 2021Fernandez-Lima, et al., Gas-phase separation using a trapped ion mobility spectrometer. Int.J. Ion Mobil. Spectrom. 2011