[发明专利]基于糖苷键质谱可碎裂型化学交联剂的分析方法及应用

说明书

本发明涉及一种基于糖苷键质谱可碎裂型化学交联剂用于化学交联质谱解析蛋白质‑蛋白质相互作用的分析方法，该方法通过使用以二糖为骨架的含有两个反应活性基团的交联剂与蛋白质复合物进行化学交联反应，利用糖苷键和肽键质谱碎裂能量的选择性差异，实现交联试剂和交联肽段肽键的高选择性可控碎裂，从而降低交联肽段的谱图复杂程度并显著缩减数据检索的规模，实现基于化学交联策略的蛋白质复合体的规模化分析，为研究蛋白质的空间结构及蛋白质‑蛋白质相互作用网络提供重要的技术支撑。

技术领域

本发明涉及一种基于糖苷键质谱可碎裂型化学交联剂的分析方法，利用糖苷键和肽键质谱碎裂能量的选择性差异，降低交联肽段的谱图复杂程度并显著缩减数据检索的规模，实现基于化学交联策略的蛋白质复合体的规模化分析，为研究蛋白质的空间结构及蛋白质-蛋白质相互作用网络提供重要的技术支撑。

背景技术

蛋白质作为生物体生命活动的主要执行者，通过蛋白质-蛋白质的相互作用形成复杂的复合物，从而精密、有序地调控各项生命活动过程。对蛋白质复合物的精细解析，绘制蛋白质构象折叠变化及蛋白质之间的相互作用网络，对于理解复杂的生物系统、揭示疾病发生发展机制、筛选疾病相关的生物标志物，以及寻找药物的靶标具有重大意义。实现蛋白质复合物的精准解析已成为当前生命科学的研究热点。传统研究蛋白质结构和相互作用的方法已成功地应用于蛋白质复合物的解析，如酵母双杂交、免疫共沉淀、蛋白质结晶结合X射线衍射以及核磁共振等技术(Smits,A.H.；Vermeulen,M.Trends Biotechnol. 2016,34,825-834；Saito,Y.；Nakagawa,T.；Kakihana,A.；Nakamura,Y.； Nabika,T.；Kasai,M.；Takamori,M.；Yamagishi,N.；Kuga,T.；Hatayama, T.；Nakayama,Y.J.Cell.Biochem.2016,117,2109-2117.)。然而，以上技术存在诸多局限性：酵母双杂交技术可以鉴定两个蛋白质之间的直接相互作用，但不适用于体内复杂的蛋白质相互作用网络分析，并且存在假阳性率的问题；免疫共沉淀技术虽能鉴定体内相互作用的蛋白质，但不能区分直接和间接的相互作用，并且对于瞬时、微弱的相互作用，难以实现有效的鉴定；蛋白质结晶结合X射线衍射和核磁共振技术以及冷冻电镜技术能够提供蛋白质复合物的高精度结构信息。然而，这些方法还有一个共同缺点是均无法提供蛋白质相互作用的界面信息，并且分析通量较低。

新技术和新方法的发展一直是推动蛋白质功能研究的关键和强大动力。化学交联-质谱技术是利用化学交联剂实现空间距离足够近的蛋白质的共价交联，利用质谱技术进行蛋白质中交联肽段的鉴定，并结合后续的生物信息学处理，实现蛋白质复合物组成和相互作用界面的精细解析(Tran,B.Q.；Goodlett,D.R.；Goo,Y.A.Biochim. Biophys.Acta2016,1864,123-129.)。与其它蛋白质复合物解析技术相比，它能够同时分析细胞内近1000个相互作用蛋白，具有分析灵敏度高、通量高的优势。同时该技术对于蛋白质样品的准备要求低，在蛋白质复合物的规模化解析方面具有重要的应用潜力，已成为持续增长的新的科研热点(Arlt,C.；Gotze,M.；Ihling,C.H.；Hage,C.； Schafer,M.；Sinz,A.Anal.Chem.2016,88,7930-7937.)。然而，该技术目前也面临诸多挑战。其中最为严峻的是交联肽段的数据解析复杂。普通肽段的二级谱图只涉及一条肽段并且碎裂只发生一次，而交联肽段的谱图不仅涉及两条肽段并且碎裂形式多变，可能发生在任意一条肽上，也可能发生在交联剂上，其二级谱图的碎片离子比常规谱图在种类和数目上都更多，其面对的数据库规模是普通数据库搜索的平方级，导致搜库时间长，并且对于组学水平的蛋白质相互作用信息，由于数据库非常大，甚至无法完成鉴定。