近日，精密測量院復雜生物體系波譜分析團隊與大連化物所質(zhì)譜分析團隊合作，在細胞內(nèi)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究方法領域取得重要進展。研究團隊分析了多種原位化學交聯(lián)劑在真實細胞環(huán)境中的性能，揭示了交聯(lián)劑結(jié)構(gòu)剛性與其捕獲蛋白質(zhì)動態(tài)信息能力之間的關(guān)系，為高效研究蛋白質(zhì)動態(tài)及其相互作用提供了理論基礎。相關(guān)成果近日發(fā)表在《美國化學會雜志-金》（JACS Au）上。

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及其動態(tài)變化是了解其生物功能的核心。目前實驗研究主要局限于解析體外的純化蛋白，而AlphaFold等結(jié)構(gòu)預測方法只能預測蛋白質(zhì)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，難以反映蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)的結(jié)構(gòu)和動態(tài)變化。原位化學交聯(lián)質(zhì)譜作為一項新興技術(shù)，能夠在細胞環(huán)境下研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、動態(tài)及其相互作用。然而，不同交聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)特性如何影響其在細胞內(nèi)捕獲蛋白動態(tài)信息的能力，長期以來缺乏系統(tǒng)性的認識。

本研究對四種主流原位化學交聯(lián)劑在細胞內(nèi)的性能做了全面的比較評估，研究結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析和全原子分子動力學模擬，系統(tǒng)揭示了交聯(lián)劑長度、骨架特性、二面角等結(jié)構(gòu)參數(shù)與交聯(lián)劑動態(tài)性之間的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然不同長度的交聯(lián)劑在捕獲蛋白內(nèi)部氨基酸間距方面表現(xiàn)出類似的效率，但這種“趨同”并非源于交聯(lián)劑的完全伸展，而是與其自身的動態(tài)特性密切相關(guān)。這一發(fā)現(xiàn)突破了以往對交聯(lián)劑性能的傳統(tǒng)認知。

不同交聯(lián)劑的動態(tài)特性決定了其在細胞內(nèi)研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的能力

尤為重要的是，研究團隊發(fā)現(xiàn)高剛性交聯(lián)劑能更高效地捕獲蛋白質(zhì)無序區(qū)及動態(tài)構(gòu)象信息。若將化學交聯(lián)比作探測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的分子尺，剛性交聯(lián)劑猶如精準的"直尺"，而柔性交聯(lián)劑則類似可彎曲的"卷尺"——后者雖具更好的結(jié)構(gòu)適應性，但前者在解析動態(tài)結(jié)構(gòu)方面展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。這項研究不僅為細胞內(nèi)交聯(lián)質(zhì)譜實驗提供了堅實的數(shù)據(jù)支撐，也將進一步推動細胞結(jié)構(gòu)生物學領域的發(fā)展。

研究成果以“Dissecting in vivo Cross-Linker Performance: Insights into Structural Dynamics and Molecular Rigidity”為題發(fā)表在《美國化學會雜志-金》（JACS Au）上。精密測量院博士生周雨璇和大連化物所博士生張蓓蓉為文章共同第一作者，精密測量院副研究員龔洲和大連化物所研究員趙群為通訊作者。

該項研究工作得到了中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金等項目的資助。

????論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.5c00709