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Fast protein analysis enabled by high-temperature hydrolysis
Chemical Science ( IF 7.6 ) Pub Date : 2020-09-10 , DOI: 10.1039/d0sc03237a Yuchen Wang 1 , Wenpeng Zhang 1 , Zheng Ouyang 1
Chemical Science ( IF 7.6 ) Pub Date : 2020-09-10 , DOI: 10.1039/d0sc03237a Yuchen Wang 1 , Wenpeng Zhang 1 , Zheng Ouyang 1
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While the bottom-up protein analysis serves as a mainstream method for biological studies, its efficiency is limited by the time-consuming process for enzymatic digestion or hydrolysis as well as the post-digestion treatment prior to mass spectrometry analysis. In this work, we developed an enzyme-free microreaction system for fast and selective hydrolysis of proteins, and a direct analysis of the protein digests was achieved by nanoESI (electrospray ionization) mass spectrometry. Using the microreactor, proteins in aqueous solution could be selectively hydrolyzed at the aspartyl sites within 2 min at high temperatures (∼150 °C). Being free of salts, the protein digest solution could be directly analyzed using a mass spectrometer with nanoESI without further purification or post-digestion treatment. This method has been validated for the analysis of a variety of proteins with molecular weights ranging from 8.5 to 67 kDa. With introduction of a reducing agent into the protein solutions, fast cleavage of disulfide bonds was also achieved along with high-temperature hydrolysis, allowing for fast analysis of large proteins such as bovine serum albumin. The high-temperature microreaction system was also used with a miniature mass spectrometer for the determination of highly specific peptides from Mycobacterium tuberculosis antigens, showing its potential for point-of-care analysis of protein biomarkers.
中文翻译：
通过高温水解实现快速蛋白质分析
虽然自下而上的蛋白质分析是生物学研究的主流方法，但其效率受到耗时的酶消化或水解过程以及质谱分析之前的消化后处理的限制。在这项工作中，我们开发了一种无酶微反应系统，用于快速、选择性地水解蛋白质，并通过 nanoESI（电喷雾电离）质谱法实现了蛋白质消化物的直接分析。使用微反应器，水溶液中的蛋白质可以在高温（~150°C）下在2分钟内选择性地在天冬氨酰位点水解。由于不含盐，蛋白质消化液可以直接使用带有 nanoESI 的质谱仪进行分析，无需进一步纯化或消化后处理。该方法已经过验证，可用于分析分子量范围为 8.5 至 67 kDa 的多种蛋白质。通过在蛋白质溶液中引入还原剂，二硫键的快速裂解以及高温水解也得以实现，从而可以快速分析牛血清白蛋白等大蛋白质。高温微反应系统还与微型质谱仪一起使用，用于测定结核分枝杆菌抗原的高度特异性肽，显示出其用于蛋白质生物标志物即时分析的潜力。
更新日期：2020-10-07
中文翻译：
通过高温水解实现快速蛋白质分析
虽然自下而上的蛋白质分析是生物学研究的主流方法，但其效率受到耗时的酶消化或水解过程以及质谱分析之前的消化后处理的限制。在这项工作中，我们开发了一种无酶微反应系统，用于快速、选择性地水解蛋白质，并通过 nanoESI（电喷雾电离）质谱法实现了蛋白质消化物的直接分析。使用微反应器，水溶液中的蛋白质可以在高温（~150°C）下在2分钟内选择性地在天冬氨酰位点水解。由于不含盐，蛋白质消化液可以直接使用带有 nanoESI 的质谱仪进行分析，无需进一步纯化或消化后处理。该方法已经过验证，可用于分析分子量范围为 8.5 至 67 kDa 的多种蛋白质。通过在蛋白质溶液中引入还原剂，二硫键的快速裂解以及高温水解也得以实现，从而可以快速分析牛血清白蛋白等大蛋白质。高温微反应系统还与微型质谱仪一起使用，用于测定结核分枝杆菌抗原的高度特异性肽，显示出其用于蛋白质生物标志物即时分析的潜力。
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