Engineered Nanodiscs for Structural Mass Spectrometry

用于结构质谱分析的工程纳米圆盘

基本信息

  • 批准号:
    10460573
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 34.12万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-09-22 至 2024-07-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary The overall objective of this project is to develop new microfluidic devices capable of producing lipid nanodiscs (NDs) having detailed and tunable compositions, and utilize these NDs as vehicles for improved structural mass spectrometry (SMS) and proteomics assays of membrane proteins (MPs). Despite positions of prominence in both biochemistry and the pharmaceutical sciences, our understanding of MPs lags significantly behind our knowledge of soluble proteins and their functional complexes. This has led to a critical imbalance, where MPs, which account for greater than 60% of drug targets, account for ~3% of the structural entries in the protein data bank (PDB). As a result, MP-targeted drug discovery is slowed, and treatment strategies go undiscovered. To bridge this gap, we propose the development of monolithic microfluidic tools capable of producing NDs over a wide range of lipid compositions, having narrow size distributions. We will then immediately deploy these tailored NDs to study the structure and biophysics of cytochrome P450 (CYP), a monotopic membrane protein found in all kingdoms of life, and responsible for the metabolism of most small molecule drugs in humans. The means by which CYPs are able to metabolize such a wide range of xenobiotics, and the role that cellular membranes play in the apparent structural plasticity of CYPs, remains unknown. We will develop ion mobility-mass spectrometry (IM-MS) and collision induced unfolding (CIU) methods that, in our preliminary data, have been able to detect the first evidence for structural shifts in CYP as a function of its local lipid environment. Our efforts will further extend to build NDs into robust extraction devices for improved coverage of the membrane proteome. To complement our IM-MS workflows, we will also deploy and optimize chemical cross-linking (CXL) approaches for use with MPs housed within NDs. The tools discussed above will then be applied to the study of the MP complexes within the mitochondrial membrane. Specifically, we will target the protein assemblies associated with the electron transport chain (ETC), as well as the vast array of protein-protein interactions (PPIs) that have either been observed or predicted for CYP. Our work will seek to provide new structural information on complexes that have been studied extensively in the past (e.g. ATP Synthases), as well as seek to discover new mitochondrial MP complexes, with potentially broad implications for cellular function.
项目摘要 该项目的总体目标是开发新的微流体装置, 生产具有详细和可调组成的脂质纳米盘(ND),并利用这些 ND作为改进的结构质谱(SMS)和蛋白质组学测定的载体, 膜蛋白(MP)。尽管在生物化学和生物化学领域都有突出的地位, 药物科学,我们对MP的理解远远落后于我们对 可溶性蛋白质及其功能复合物。这导致了严重的不平衡, MP占药物靶点的60%以上,占结构靶点的约3%。 蛋白质数据库(PDB)。因此,MP靶向药物的发现被减缓, 治疗策略尚未被发现。 为了弥合这一差距,我们提出了单片微流体工具的发展, 在宽范围的脂质组合物中产生ND,具有窄的尺寸分布。我们 然后,我们将立即部署这些定制的ND来研究 细胞色素P450(CYP 450),一种在所有生命界中发现的单点膜蛋白, 负责人体内大多数小分子药物的代谢。的手段 CYP能够代谢如此广泛的外源性物质,并且细胞代谢的作用是通过调节细胞内的代谢来实现的。 膜在CYP的表观结构可塑性中的作用仍然未知。我们将 开发离子迁移-质谱(IM-MS)和碰撞诱导展开(CIU)方法 在我们的初步数据中,已经能够发现第一个证据, 作为其局部脂质环境的功能。我们的努力将进一步扩大, 用于提高膜蛋白质组覆盖率的稳健提取装置。以补充 我们的IM-MS工作流程,我们还将部署和优化化学交联(CXL) 与ND内的MP一起使用的方法。 然后,将上述工具应用于MP复合物的研究, 线粒体膜。具体地说,我们将针对与 电子传递链(ETC),以及蛋白质之间的大量相互作用 (PPI)已经观察到或预测为可预测的。我们的工作将寻求提供新的 过去已被广泛研究的复合物的结构信息(例如ATP 合成酶),以及寻求发现新的线粒体MP复合物, 对细胞功能的广泛影响。

项目成果

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