基于ICP-MS的磷酸化酸氨酸特异性定量研究:Ga标记及酪氨酸磷酸酯酶介导的策略

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蛋白质的可逆磷酸化过程参与了生物体的多种生命活动,已经成为生命科学、医学和化学等领域引人注目的研究热点。蛋白质磷酸化,尤其是酪氨酸磷酸化,被认为与人类疾病,如女性乳腺癌、男性不孕不育症等的产生与发展,有着密不可分的关系。随着样品富集技术和仪器的迅速发展,通过代谢标记或化学标记引入不同同位素标签的分子质谱法已经可以实现酪氨酸磷酸化蛋白质的相对定量分析。但是,随着生命科学的不断进步,相对定量研究已难以满足生命机理和医学诊断的需要。此外,基于内标法的同位素标记策略虽然可实现磷酸化蛋白质的绝对定量,但是合成同位素标记多肽标准品耗时太长且成本较高,并且无法将其应用于未知蛋白的定量研究。因此,发展简单、快速、灵敏的酪氨酸磷酸化绝对定量方法显得越来越迫切。电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)同时具有灵敏度高、背景干扰小、元素信号响应不受元素形态影响等优点。发展拥有多个同位素并在ICP中离子化效率较高的外源元素对蛋白质进行化学选择性和生物特异性标记的策略,使得非形态特异同位素稀释(species unspecific isotope dilution,SUID) ICP-MS日益成为蛋白质绝对定量分析中具有巨大潜力的分析工具。本论文利用二甲基吡啶胺-镓配合物与磷酸化蛋白间选择性相互作用的特点,构建了集磷酸化多肽/蛋白质的标记、富集和磷酸化酪氨酸的绝对定量于一体的光可裂解纳米颗粒基础上的Ga标签,使用蛋白酪氨酸磷酸酯酶(PTP-1B)特异性消去酪氨酸上的磷酸基团,可以选择性地获取酪氨酸磷酸化水平的含量信息。模型磷酸化多肽标准物及人体ERK1多肽分析实验验证了所建立的Ga标记策略的可行性和工作效率,并研究了人体乳腺癌MCF-7细胞系在胰岛素刺激前后的酪氨酸磷酸化水平的含量变化。本文的主要研究工作分为以下四个部分:  第一章系统地介绍了磷酸化蛋白质背景知识,简要综述了近年来(酪氨酸)磷酸化蛋白质的定量分析技术和方法。  第二章基于β-消除/迈克尔加成反应法(β-elimination/Michael additionreaction),建立了针对蛋白质丝氨酸/苏氨酸磷酸化定量的稀土元素标记策略,首先利用MMA-DOTA-Eu标签标记模型磷酸化多肽并通过HPLC/SUID ICP-MS对稀土元素的高灵敏度检测实现对蛋白质丝氨酸/苏氨酸磷酸化含量的测定。  第三章设计合成了二甲基吡啶胺-镓双核金属配合物,并通过光可裂解基团将其与羧基功能化的磁性纳米颗粒链接,创建了集磷酸化多肽/蛋白质的标记、富集和磷酸化酪氨酸的绝对定量于一体的光可裂解纳米颗粒基础上的Ga标签。利用PTP-1B对磷酸化酪氨酸的去磷酸化,模型磷酸化多肽标准物、人体ERK1(pT202/pY204)多肽及人体乳腺癌MCF-7细胞系的分析实验证实了该策略可以实现磷酸化酪氨酸的选择性绝对定量分析。  第四章对本论文的主要研究工作进行了总结,剖析了优点和不足之处,并对有可能深入开展的后续工作进行了展望。
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