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二维超分子聚合物用于磷酸化蛋白的富集

蛋白质磷酸化修饰是一类重要的翻译后修饰,通过磷酸化/去磷酸化修饰调节细胞活性,参与多种生物过程。磷酸化修饰异常会导致多种疾病,包括癌症或神经变性疾病,如阿尔茨海默病和帕金森病等。尽管通过对蛋白磷酸化过程的了解,能够帮助我们理解人体生理和病理的发生过程,进一步可以将其转化用于药物开发和病理诊断。但是由于磷酸化蛋白质的丰度较低,导致分析复杂生物样品的磷酸化较困难。在通常情况下,研究人员在进行质谱分析之前,都采用离子交换层析或亲和捕获层析,如通过金属氧化物亲和层析来富集消化的蛋白中的磷酸肽。然而,在这些富集的方法中存在分子间相互作用的固有局限性,导致在固液界面处存在位阻和扩散限制。此外,许多富集策略都涉及强酸性条件,这不利于富集稳定性较弱的磷酸化肽(如磷酸化组氨酸)。因而亟需开发可以在温和条件下进行操作的新材料来用于磷酸化蛋白的富集。近日,华东师范大学杨海波教授课题组与东华大学闻瑾研究员课题组及澳大利亚悉尼大学Philip Gale教授课题组合作,开发了一种基于有机铂金属大环的二维超分子聚合物,将其作为富集材料实现了在中性条件下富集磷酸化蛋白。


研究人员首先通过结合金属配位自组装和后修饰的聚合反应,制备了一种新型的以有机铂金属大环为核心骨架的超分子聚合物。该超分子聚合物同时包含氢键和静电相互作用等多种磷酸根识别位点,因此对磷酸化肽的结合具有较高的选择性。值得一提的是,金属环骨架上的多个正电荷使聚合物层与层之间,通过静电排斥彼此分离,从而形成稳定且易于转移的二维超分子聚合物(如图1)。因此,有利于增加磷酸化肽与聚合物材料间的接触面积,从而实现在水溶液中快速高效地捕获磷酸化肽。通过简单的水洗和离心即可方便地除去非磷酸化肽。

图1. 二维超分子聚合物形貌。(a-b)TEM图像,(c-d)HR-TEM图像,(e-f)AFM 图像,(g-h)HAADF-STEM图像和相应的EDX图像,(i)SAED图案,(j)聚合物模拟图。


同时,得益于聚合物核心骨架独特的刺激响应性能(图2)以及与磷酸化肽在响应前后的结合能力的巨大差异,该智能超分子聚合物可以实现对磷酸化肽有效的洗脱与释放。基于该材料的富集方法,不仅能测试α-酪蛋白等标准蛋白,还能用于“真实的”复杂样品(如脱脂牛奶)的测试。结果显示,该超分子聚合物材料具有高的吸附容量(165 mg/g)和高回收率(88%),同时表现出优异的检测灵敏度(2 fmol)和选择性。

图2. 二维超分子聚合物的刺激响应特性(a)及其对磷酸化肽的捕获与释放(b-d)。


该工作为设计磷酸化蛋白质组学富集材料的开发,开辟出了一条新的途径。考虑到其温和的捕获和洗脱条件,该工作为酸不稳定的磷酸化肽的富集与分析提供了新思路。该工作发表在Journal of the American Chemical Society 上,文章的通讯作者是悉尼大学Philip Gale教授、华东师范大学杨海波教授及东华大学闻瑾研究员,第一作者是悉尼大学陈丽君博士。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

A Two-Dimensional Metallacycle Cross-Linked Switchable Polymer for Fast and Highly Efficient Phosphorylated Peptide Enrichment

Li-Jun Chen, Sean J. Humphrey, Jun-Long Zhu, Fan-Fan Zhu, Xu-Qing Wang, Xiang Wang, Jin Wen*, Hai-Bo Yang*, and Philip A. Gale*

J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.0c12904


导师介绍

杨海波

https://www.x-mol.com/university/faculty/10534 


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