新型表面活性剂降低信号干扰 助力细胞膜蛋白质谱分析

2019年4月15日威斯康星大学麦迪逊分校的细胞和再生生物学和化学系副教授葛瑛（Ying Ge）领导的研究小组发表在《Nature Methods》杂志上的一项研究中表明，通过使用一种经紫外线照射迅速降解的合成型阴离子表面活性剂——4-己基苯磺酸盐（Azo），将提取的目标蛋白质转化为水溶液，可通过质谱分析技术对这类蛋白质进行有效分析。这种新方法有望提供丰富的生物学知识，尤为重要的是，它可能有助于鉴定相关蛋白修饰、并可帮助 提供新的疾病诊断和治疗技术。

根据基因组指令制造的蛋白质是生物体构成的基本要素，为生物体所有细胞提供分子构建模块，同时也是治疗的关键目标。构成人体的蛋白质种类多样，其中有一些难溶于水的蛋白质无法轻易分析。对于存在于细胞膜中并且作为新药靶标具有最大潜力的蛋白质尤其如此。

科学家已开发了多种用于研究蛋白质的方法，其中，质谱技术已经发展到研究人员可以准确测量蛋白质的分子量、揭示蛋白质序列及其修饰细节等，这些都有助于新型药物的设计和探索。

葛瑛指出，Azo表面活性剂的功能与常规的表面活性剂（SDS）非常相似，只是在常规表面活性剂分子中加入了一种可以通过紫外线照射而断裂的化学键。在进行质谱分析前，科学家们通过将这种化学键暴露于紫外光下，促使偶氮键断裂，仅留下蛋白质分子，从而消除传统表面活性剂造成的超灵敏分析干扰。

光裂解Azo用于‘自上而下’膜蛋白组学研究 (From Figure 2, Nature Methods)

“使用Azo能够实现整体蛋白质有效的质谱分析，并这种物质的使用开辟了研究膜蛋白质的新机遇，这类蛋白以前是无法轻松研究的。”葛瑛表示，“经Azo处理的“自上而下”蛋白质组学可使膜蛋白溶解，同时能经过全面表征翻译后修饰，这显着提升了整体蛋白质''自上而下''的质谱分析能力，它可以鸟瞰同一基因的多种蛋白质序列及其修饰细节。这些信息的获得对于理解生物系统和破译疾病机制以及确定关键诊断标志物和新的治疗目标至关重要。”

这是第一次将这种具有光分裂化学键的工程化分子用于整个蛋白质分析。值得注意的是，Azo易于合成，可作为常规表面活性剂（SDS）的替代品，同时，Azo-PAGE可完全替代SDS-PAGE（聚丙烯酰氨凝胶电泳）。最后，葛瑛说到：“Azo是SDS具有可光裂解键的类似物，在这项持续6年的项目中，我们合成和筛选了多种含有可裂解化学键的SDS类似物，Azo是唯一具有这种可裂解化学键，同时兼容‘自上而下’整体蛋白质质谱分析的表面活性剂化合物。”

一种用于蛋白质样品前处理并进行质谱分析化学表面活性剂或洗涤剂，在这张图中，紫外线用于化学键断裂。

作为生命科学领域质谱类仪器供应商，布鲁克研制的质谱广泛用于各大高校、实验室等科研单位。葛瑛教授所在实验室也不例外，同样配备了布鲁克生产的maXis II ETD Q-TOF质谱与solariX 磁共振质谱。在本项研究中，葛瑛教授团队使用maXis II ETD Q-TOF质谱对心脏组织样品进行分析，使用solariX 磁共振质谱对Azo样品进行质谱兼容性比对。

使用solariX 磁共振质谱对Azo与常用表面活性剂的质谱兼容性进行比较

文章来源：Brown KA, Chen B, Guardado-Alvarez TM, Lin Z, Hwang L, Ayaz-Guner S, Jin S and Ge Y.A photocleavable surfactant for top-down proteomics. Nature Methods.2019.

https://doi.org/10.1038/s41592-019-0391-1

https://www.nature.com/articles/s41592-019-0391-1

《Nature Methods》隶属于《Naure》旗下子刊，成立于2010年，主要发表基本生命科学研究技术的新方法并对生命科学中久经考验的基础研究技术进行重大改进等内容。根据SCI统计，《Nature Methods》2年影响因子为26.919，5年影响因子为41.934，位列生命科学领域期刊前排。

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