Anal. Chem‌‌. | 理性设计交联剂助力蛋白结构预测

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推荐一篇发表在Anal. Chem‌‌.上的文章,题目为“Rational Modification of a Cross-Linker for Improved Flexible Protein Structure Modeling”,通讯作者是伦敦大学学院的Konstantinos Thalassinos老师和维也纳大学的Nuno Maulide老师,前者的方向为利用质谱研究蛋白分泌系统和蛋白质错误折叠疾病,后者的方向为不对称有机合成。


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交联质谱(XL-MS)是解析自然状态下蛋白蛋白相互作用的一种辅助工具,主要依赖化学交联反应捕获结构信息。其中Disuccinimidyl sulfoxide (DSSO) 是一种可以被 MS 裂解的交联剂,适用于多亚基蛋白质复合物结构以及蛋白折叠信息的解析。然而DSSO本身化学结构不稳定使得其交联效率较低,因此需要开发新的稳定的交联剂。文章团队通过理性化学设计改善了DSSO的稳定性,同时也将交联质谱信息与AlphaFold2相结合,提升了算法对有多个动态构象的单体蛋白的结构预测。


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文章首先通过理性设计,在原本的DSSO结构中插入N原子从而得到了新的交联剂结构DSSO-carbamate(图1)。随后团队使用LC-MS检测了两种结构各自的稳定性(图2),可以看到在相同的存放条件下,DSSO产生了明显的分解变质而DSSO-carbamate的分解比例则较低,说明DSSO-carbamate具有更高的结构稳定性。


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然而更高的稳定性是否会牺牲一部分反应效率是一个自然而然的担忧。但令人满意的是DSSO-carbamate不仅更加稳定,对于模型蛋白的标记效率也得到了提升。人类 20S 蛋白酶体复合物(h20S)由 28 个亚单位组成,涉及 14 种不同的蛋白亚单位。在加入交联剂之后, DSSO-carbamate 组共识别到 25 个赖氨酸残基,分布在 9 个 h20S 亚单位上,而 DSSO仅识别到 14 个残基,分布在 9 个亚单位上(图3)。


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团队随后研究了基于DSSO-carbamate 的XL-MS方法和AlphaFold2工作流程的互补性。尽管 AlphaFold 是蛋白质结构预测的有力工具,但内在无序区域和具有多种动态构象的灵活蛋白结构预测仍然是一大挑战。而XL-MS信息的加入可以改善这一情况。由此,团队对谷氨酰胺结合蛋白(QBP)进行了 XL-MS 实验,QBP 是一种 27.2 kDa 的球状蛋白,在结合谷氨酰胺辅因子后会发生收缩。在无辅因子状态下(apo-QBP)DSSO-carbamate比DSSO得到了更多的单连接和交联结果。在有辅因子状态下二者识别的交联数目一致,但是DSSO-carbamate得到了额外的单连接信息(图4)。上述结果说明XL-MS确实可以为蛋白的动态构象提供更多数据。数据随后被输入到XL-MS集成的AlphaFold2管道中,对于apo-QBP结构,使用DSSO-carbamate生成的得分最高的结构与使用DSSO生成的结构相比,基于RMSD对齐结果而言其准确性提高了4.4倍(图5)。

综上所述,团队开发了一种新的蛋白质交联剂DSSO-carbamate,提升了交联剂的稳定性和交联效率。交联结果与AlphaFold2算法结合提升了对蛋白质动态结构的预测能力。



本文作者:ZYH
责任编辑:ZF
原文链接:https://pubs.acs.org/10.1021/acs.analchem.4c05319
DOI: 10.1021/acs.analchem.4c05319



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