белковый след

Белковый след — это термин, используемый для обозначения метода биохимического анализа, который исследует структуру белка , сборку и взаимодействие внутри более крупной макромолекулярной сборки . Первоначально он был придуман в связи с использованием ограниченного протеолиза для исследования мест контакта в комплексе моноклональное антитело - белок-антиген. ^{[ 1 ]} а год спустя — изучить защиту от расщепления гидроксильных радикалов, обеспечиваемую белком, связанным с ДНК в комплексе ДНК-белок. ^{[ 2 ]} При отслеживании ДНК предполагается, что белок оставляет отпечаток (или след ) в определенной точке взаимодействия. ^{[ 3 ]} Этот последний метод был адаптирован путем прямой обработки белков и их комплексов с гидроксильными радикалами. ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]} и обычно обозначается как RP-MS (от радикального зонда - масс-спектрометрия). ^{[ 6 ]} аналогично обозначению, используемому для масс-спектрометрии с обменом водорода и дейтерия (обозначаемое HD-MS или HX-MS).

Следы белка гидроксильного радикала

белка с разрешением во времени Метод анализа гидроксильных радикалов (HRPF) с использованием масс-спектрометрического анализа был задуман и разработан в конце 1990-х годов в исследованиях синхротронного радиолиза. ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} В том же году эти авторы (Малекния и др.) сообщили об использовании источника электрического разряда для воздействия на окисление белков в миллисекундных масштабах времени, когда белки переходят из электрораспыленного раствора в масс-спектрометр. ^{[ 9 ]} Спустя годы, в 2005 году, исследователи Хэмбли и Гросс представили метод окисления белков в микросекундном масштабе с использованием лазерного фотолиза перекиси водорода для генерации гидроксильных радикалов. ^{[ 10 ]} Этот метод, быстрое фотохимическое окисление белков (FPOP), утверждает, что он обнаруживает белки быстрее, чем они меняют свою структуру. ^{[ 11 ]} хотя эти временные рамки были оспорены, учитывая, что перекись водорода, отсутствующая в первоначальных исследованиях, и вторичные радикалы реагируют самостоятельно на месте в течение десятков миллисекунд. ^{[ 12 ]} С тех пор эти подходы использовались для определения белковых структур. ^{[ 13 ]} сворачивание белков, динамика белков и белок-белковые взаимодействия. ^{[ 14 ]}

В отличие от нуклеиновых кислот, белки в этих временных масштабах окисляются, а не расщепляются. Анализ продуктов с помощью масс-спектрометрии показывает, что белки окисляются ограниченным образом (около 10–30% от общего количества белка) по ряду боковых цепей аминокислот в белках. Скорость или уровень окисления боковых цепей реакционноспособных аминокислот (Met, Cys, Trp, Tyr, Phe, His, Pro и Leu) является мерой их доступности для основного растворителя. Механизмы окисления боковых цепей были изучены путем проведения реакций радиолиза в ¹⁸ меченная О. Вода ,

Производство радикалов OH

Критической особенностью этих экспериментов является необходимость подвергать белки воздействию гидроксильных радикалов в течение ограниченного времени порядка 1–50 мс, вызывая 10–30% окисление общего белка. Еще одним требованием является генерирование гидроксильных радикалов из основного растворителя (т.е. воды) (уравнения 1 и 2), а не перекиси водорода, которая может оставаться для окисления белков даже без других стимулов. ^{[ 15 ]}

Н ₂ О → Н ₂ О ^+• + и ⁻ + Н ₂ О ^*

Н ₂ О ^+• + Н ₂ О → Н ₃ О ⁺ + ОН ^•

Гидроксильные радикалы могут быть получены в растворе с помощью электрического разряда в обычном источнике ионизации электрораспылением (ESI) при атмосферном давлении. Когда между иглой электрораспыления и отверстием для отбора проб масс-анализатора имеется высокая разница напряжений (~ 8 кэВ), в растворе на кончике иглы электрораспыления могут образовываться радикалы. Этот метод был первым, использованным для применения белкового следа к изучению белкового комплекса. ^{[ 16 ]}

Метод

Воздействие на белки «белого» рентгеновского луча синхротронного света или электрического разряда в течение десятков миллисекунд обеспечивает достаточную окислительную модификацию поверхностных боковых цепей аминокислот без повреждения структуры белка. Эти продукты можно легко обнаружить и количественно оценить с помощью масс-спектрометрии. Регулируя время радиолиза или время, которое ионы белка проводят в источнике разряда, возможен подход с временным разрешением, который ценен для изучения динамики белков.

Анализ

Также была написана компьютерная программа (PROXIMO), помогающая моделировать белковые комплексы с использованием данных метода RP-MS/Protein Footprinting. ^{[ 17 ]} В исследованиях белковых комплексов с помощью RP-MS/протеинового следа также можно использовать вычислительные подходы для облегчения такого моделирования. ^{[ 18 ]}

Приложения

Применение масс-спектрометрии ионной подвижности убедительно продемонстрировало, что условия, используемые в экспериментах по RP-MS/протеиновому следу, не изменяют структуру белков. ^{[ 19 ]}

Другие исследования расширили этот метод для изучения раннего повреждения белков, учитывая радикальную основу метода и значение кислородных радикалов в патогенезе многих заболеваний, включая неврологические расстройства и даже слепоту. ^{[ 20 ]}

См. также

Ссылки

^ Шешберадаран Х., Пейн Л.Г. (январь 1988 г.). «Участки контакта белкового антигена с моноклональными антителами, исследованные с помощью ограниченного протеолиза антигена, связанного с моноклональными антителами: «следы» белка » . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 85 (1): 1–5. Бибкод : 1988PNAS...85....1S . дои : 10.1073/pnas.85.1.1 . ПМК 279469 . ПМИД 2448767 .
^ Шафер Г.Е., Прайс М.А., Туллиус Т.Д. (1989). «Использование гидроксильного радикала и гель-электрофореза для изучения структуры ДНК». Электрофорез . 10 (5–6): 397–404. дои : 10.1002/elps.1150100518 . ПМИД 2504579 . S2CID 38355953 .
^ Гала-диджей (ноябрь 2001 г.). «Изобретение следа». Тенденции биохимических наук . 26 (11): 690–3. дои : 10.1016/S0968-0004(01)01979-X . ПМИД 11701330 .
^ Малекния С.Д., Даунард К.М. (май 2014 г.). «Достижения в области масс-спектрометрии с радикальными зондами для определения белковых следов в приложениях химической биологии». Обзоры химического общества . 43 (10): 3244–58. дои : 10.1039/C3CS60432B . ПМИД 24590115 .
^ Ван Л., Ченс М.Р. (октябрь 2011 г.). «Структурная масс-спектрометрия белков с использованием белкового следа на основе гидроксильных радикалов» . Аналитическая химия . 83 (19): 7234–41. дои : 10.1021/ac200567u . ПМЦ 3184339 . ПМИД 21770468 .
^ Даунард К.М., Малекния С.Д. (2019). «Масс-спектрометрия в структурной протеомике: аргументы в пользу следа белка-радикального зонда». Тенденции в аналитической химии . 110 : 293–302. дои : 10.1016/j.trac.2018.11.016 .
^ Малекня С.Д., Бреновиц М., Ченс М.Р. (сентябрь 1999 г.). «Миллисекундная радиолитическая модификация пептидов с помощью синхротронного рентгеновского излучения, выявленная с помощью масс-спектрометрии». Аналитическая химия . 71 (18): 3965–73. дои : 10.1021/ac990500e . ПМИД 10500483 .
^ Малекния С.Д., Ралстон С.Ю., Бреновиц М.Д., Даунард К.М., Ченс М.Р. (февраль 2001 г.). «Определение складчатости и структуры макромолекул методами синхротронного рентгеновского радиолиза». Аналитическая биохимия . 289 (2): 103–15. дои : 10.1006/abio.2000.4910 . ПМИД 11161303 .
^ Малекния С.Д., Ченс М.Р., Даунард К.М. (1999). «Модификация белков с помощью электроспрея: радикальный зонд структуры белка». Быстрая связь в масс-спектрометрии . 13 (23): 2352–8. Бибкод : 1999RCMS...13.2352M . doi : 10.1002/(SICI)1097-0231(19991215)13:23<2352::AID-RCM798>3.0.CO;2-X . ПМИД 10567934 .
^ Хэмбли DM, Гросс ML (декабрь 2005 г.). «Лазерный флэш-фотолиз перекиси водорода для окисления остатков белка, доступных для растворителя, в микросекундном масштабе» . Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 16 (12): 2057–63. дои : 10.1016/j.jasms.2005.09.008 . ПМИД 16263307 . S2CID 24995091 .
^ Гау Б.К., Шарп Дж.С., Ремпель Д.Л., Гросс М.Л. (август 2009 г.). «Быстрое фотохимическое окисление белковых следов быстрее, чем разворачивание белка» . Аналитическая химия . 81 (16): 6563–71. дои : 10.1021/ac901054w . ПМК 3164994 . ПМИД 20337372 .
^ Вахиди С., Конерманн Л. (2016). «Изучение временной шкалы FPOP (быстрое фотохимическое окисление белков): радикальные реакции длятся десятки миллисекунд». Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 27 (7): 1156–1164. Бибкод : 2016JASMS..27.1156V . дои : 10.1007/s13361-016-1389-x . ПМИД 27067899 . S2CID 35039048 .
^ Малекния С.Д., Киселар Дж.Г., Даунард К.М. (2002). «Гидроксильно-радикальное исследование поверхности лизоцима методами синхротронного радиолиза и масс-спектрометрии». Быстрая связь в масс-спектрометрии . 16 (1): 53–61. Бибкод : 2002RCMS...16...53M . дои : 10.1002/rcm.543 . ПМИД 11754247 .
^ Малекния С.Д., Даунард К. (2001). «Радикальные подходы к исследованию структуры, сворачивания и взаимодействий белков с помощью масс-спектрометрии». Обзоры масс-спектрометрии . 20 (6): 388–401. Бибкод : 2001MSRv...20..388M . дои : 10.1002/mas.10013 . ПМИД 11997945 .
^ Даунард К. (24 августа 2007 г.). Масс-спектрометрия белковых взаимодействий . Джон Уайли и сыновья . ISBN 978-0-470-14632-3 . Проверено 14 сентября 2013 г.
^ Вонг Дж.В., Малекния С.Д., Даунард К.М. (апрель 2003 г.). «Исследование комплекса рибонуклеаза-S-белок-пептид с использованием радикального зонда и масс-спектрометрии с ионизацией электрораспылением». Аналитическая химия . 75 (7): 1557–63. дои : 10.1021/ac026400h . ПМИД 12705585 .
^ Герега С.К., Даунард К.М. (июль 2006 г.). «PROXIMO — новый алгоритм стыковки для моделирования белковых комплексов с использованием данных масс-спектрометрии радикальных зондов (RP-MS)» . Биоинформатика . 22 (14): 1702–9. doi : 10.1093/биоинформатика/btl178 . ПМИД 16679333 .
^ Даунард К.М., Кокабу Ю., Икегути М., Акаши С. (ноябрь 2011 г.). «Гомологическая смоделированная структура гетеродимера βB2B3-кристаллина, изученная с помощью ионной подвижности и радикального зонда MS» . Журнал ФЭБС . 278 (21): 4044–54. дои : 10.1111/j.1742-4658.2011.08309.x . ПМИД 21848669 .
^ Даунард К.М., Малекния С.Д., Акаши С. (февраль 2012 г.). «Влияние ограниченного окисления на подвижность ионов белка и структуру, важную для следа, с помощью масс-спектрометрии с радикальным зондом». Быстрая связь в масс-спектрометрии . 26 (3): 226–30. Бибкод : 2012RCMS...26..226D . дои : 10.1002/rcm.5320 . ПМИД 22223306 .
^ Шум В.К., Малекния С.Д., Даунард К.М. (сентябрь 2005 г.). «Начало окислительного повреждения альфа-кристаллина с помощью масс-спектрометрии с радикальным зондом». Аналитическая биохимия . 344 (2): 247–56. дои : 10.1016/j.ab.2005.06.035 . ПМИД 16091281 .

[Sheshberadaran-1] Шешберадаран Х., Пейн Л.Г. (январь 1988 г.). «Участки контакта белкового антигена с моноклональными антителами, исследованные с помощью ограниченного протеолиза антигена, связанного с моноклональными антителами: «следы» белка » . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 85 (1): 1–5. Бибкод : 1988PNAS...85....1S . дои : 10.1073/pnas.85.1.1 . ПМК 279469 . ПМИД 2448767 .

[Shafer-2] Шафер Г.Е., Прайс М.А., Туллиус Т.Д. (1989). «Использование гидроксильного радикала и гель-электрофореза для изучения структуры ДНК». Электрофорез . 10 (5–6): 397–404. дои : 10.1002/elps.1150100518 . ПМИД 2504579 . S2CID 38355953 .

[Galas2001-3] Гала-диджей (ноябрь 2001 г.). «Изобретение следа». Тенденции биохимических наук . 26 (11): 690–3. дои : 10.1016/S0968-0004(01)01979-X . ПМИД 11701330 .

[MalekniaDownard2014-4] Малекния С.Д., Даунард К.М. (май 2014 г.). «Достижения в области масс-спектрометрии с радикальными зондами для определения белковых следов в приложениях химической биологии». Обзоры химического общества . 43 (10): 3244–58. дои : 10.1039/C3CS60432B . ПМИД 24590115 .

[WangChance2011-5] Ван Л., Ченс М.Р. (октябрь 2011 г.). «Структурная масс-спектрометрия белков с использованием белкового следа на основе гидроксильных радикалов» . Аналитическая химия . 83 (19): 7234–41. дои : 10.1021/ac200567u . ПМЦ 3184339 . ПМИД 21770468 .

[6] Даунард К.М., Малекния С.Д. (2019). «Масс-спектрометрия в структурной протеомике: аргументы в пользу следа белка-радикального зонда». Тенденции в аналитической химии . 110 : 293–302. дои : 10.1016/j.trac.2018.11.016 .

[MalekniaBrenowitz1999-7] Малекня С.Д., Бреновиц М., Ченс М.Р. (сентябрь 1999 г.). «Миллисекундная радиолитическая модификация пептидов с помощью синхротронного рентгеновского излучения, выявленная с помощью масс-спектрометрии». Аналитическая химия . 71 (18): 3965–73. дои : 10.1021/ac990500e . ПМИД 10500483 .

[MalekniaRalston2001-8] Малекния С.Д., Ралстон С.Ю., Бреновиц М.Д., Даунард К.М., Ченс М.Р. (февраль 2001 г.). «Определение складчатости и структуры макромолекул методами синхротронного рентгеновского радиолиза». Аналитическая биохимия . 289 (2): 103–15. дои : 10.1006/abio.2000.4910 . ПМИД 11161303 .

[MalekniaChance1999-9] Малекния С.Д., Ченс М.Р., Даунард К.М. (1999). «Модификация белков с помощью электроспрея: радикальный зонд структуры белка». Быстрая связь в масс-спектрометрии . 13 (23): 2352–8. Бибкод : 1999RCMS...13.2352M . doi : 10.1002/(SICI)1097-0231(19991215)13:23<2352::AID-RCM798>3.0.CO;2-X . ПМИД 10567934 .

[10] Хэмбли DM, Гросс ML (декабрь 2005 г.). «Лазерный флэш-фотолиз перекиси водорода для окисления остатков белка, доступных для растворителя, в микросекундном масштабе» . Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 16 (12): 2057–63. дои : 10.1016/j.jasms.2005.09.008 . ПМИД 16263307 . S2CID 24995091 .

[11] Гау Б.К., Шарп Дж.С., Ремпель Д.Л., Гросс М.Л. (август 2009 г.). «Быстрое фотохимическое окисление белковых следов быстрее, чем разворачивание белка» . Аналитическая химия . 81 (16): 6563–71. дои : 10.1021/ac901054w . ПМК 3164994 . ПМИД 20337372 .

[12] Вахиди С., Конерманн Л. (2016). «Изучение временной шкалы FPOP (быстрое фотохимическое окисление белков): радикальные реакции длятся десятки миллисекунд». Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 27 (7): 1156–1164. Бибкод : 2016JASMS..27.1156V . дои : 10.1007/s13361-016-1389-x . ПМИД 27067899 . S2CID 35039048 .

[MalekniaKiselar2002-13] Малекния С.Д., Киселар Дж.Г., Даунард К.М. (2002). «Гидроксильно-радикальное исследование поверхности лизоцима методами синхротронного радиолиза и масс-спектрометрии». Быстрая связь в масс-спектрометрии . 16 (1): 53–61. Бибкод : 2002RCMS...16...53M . дои : 10.1002/rcm.543 . ПМИД 11754247 .

[MalekniaDownard2001-14] Малекния С.Д., Даунард К. (2001). «Радикальные подходы к исследованию структуры, сворачивания и взаимодействий белков с помощью масс-спектрометрии». Обзоры масс-спектрометрии . 20 (6): 388–401. Бибкод : 2001MSRv...20..388M . дои : 10.1002/mas.10013 . ПМИД 11997945 .

[Downard2007-15] Даунард К. (24 августа 2007 г.). Масс-спектрометрия белковых взаимодействий . Джон Уайли и сыновья . ISBN 978-0-470-14632-3 . Проверено 14 сентября 2013 г.

[WongMaleknia2003-16] Вонг Дж.В., Малекния С.Д., Даунард К.М. (апрель 2003 г.). «Исследование комплекса рибонуклеаза-S-белок-пептид с использованием радикального зонда и масс-спектрометрии с ионизацией электрораспылением». Аналитическая химия . 75 (7): 1557–63. дои : 10.1021/ac026400h . ПМИД 12705585 .

[GeregaDownard2006-17] Герега С.К., Даунард К.М. (июль 2006 г.). «PROXIMO — новый алгоритм стыковки для моделирования белковых комплексов с использованием данных масс-спектрометрии радикальных зондов (RP-MS)» . Биоинформатика . 22 (14): 1702–9. doi : 10.1093/биоинформатика/btl178 . ПМИД 16679333 .

[DownardKokabu2011-18] Даунард К.М., Кокабу Ю., Икегути М., Акаши С. (ноябрь 2011 г.). «Гомологическая смоделированная структура гетеродимера βB2B3-кристаллина, изученная с помощью ионной подвижности и радикального зонда MS» . Журнал ФЭБС . 278 (21): 4044–54. дои : 10.1111/j.1742-4658.2011.08309.x . ПМИД 21848669 .

[DownardMaleknia2012-19] Даунард К.М., Малекния С.Д., Акаши С. (февраль 2012 г.). «Влияние ограниченного окисления на подвижность ионов белка и структуру, важную для следа, с помощью масс-спектрометрии с радикальным зондом». Быстрая связь в масс-спектрометрии . 26 (3): 226–30. Бибкод : 2012RCMS...26..226D . дои : 10.1002/rcm.5320 . ПМИД 22223306 .

[ShumMaleknia2005-20] Шум В.К., Малекния С.Д., Даунард К.М. (сентябрь 2005 г.). «Начало окислительного повреждения альфа-кристаллина с помощью масс-спектрометрии с радикальным зондом». Аналитическая биохимия . 344 (2): 247–56. дои : 10.1016/j.ab.2005.06.035 . ПМИД 16091281 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]