应用原初态生物质谱及毛细管电泳技术解读蛋白质变性及凝集机理

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21605085
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0404.化学与生物传感
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Protein denaturation/aggregation is a phenomenon that is frequently encountered in many fields of chemistry, biology, pharmaceutics, etc. It attracts significant interests because of its pivotal role in human diseases as well as its effect on the economics and safety in both academic and bio-pharmaceutical sectors. Due to the high degree of complexity, heterogeneity and transient nature displayed by the denatured and aggregating protein systems, the task of characterizing them at the molecular level using conventional techniques remains extremely challenging, since their resolution and general applicability are rarely sufficient. In this proposal we will take the full advantage of electrospray ionization mass spectrometry (in terms of high resolution, accuracy, sensitivity, operational flexibility, etc.) and capillary electrophoresis (in terms of the separating power provided by its multiple modes), in combination with the techniques including hydrogen/deuterium exchange, and structural analysis strategies including top-down and middle-down, to develop an arsenal of analytical methods that are competent to capture both covalent and non-covalent interactions. These proposed methods are conceived to characterize the denatured or aggregating protein species, which are induced by heat, pH or oxidation, at multiple levels such as covalent modification, conformational change, and oligomerization state. Furthermore, we will apply these methods and complementary tools available in this field to the in-depth study of denaturation/aggregation of therapeutic proteins to decipher the underlying mechanisms, where the determination of correlation between conformation and aggregation, the driving force of aggregation, and inter-protomer binding interfaces will be highlighted. With these efforts we seek to contribute to both academia and industry by exploring the structural factors that stabilize proteins.
蛋白质的变性/凝集是化学、生物、药学等诸多领域内的常见现象,与科研成本、药物安全性和人类疾病均密切相关。由于蛋白质变性/凝集体系成分复杂且有失稳定,传统分析方法因分辨率和通用性不尽人意而难以在分子层面上对其实现精确表征。本项目拟利用电喷雾质谱在分辨率、准确度、灵敏度、灵活度等方面的优势,结合毛细管电泳技术中多种分离模式的高效分离能力,整合氢/氘交换等辅助技术和top-down、middle-down等结构分析策略,开发一系列能表征蛋白质物种共价及非共价作用的分析方法,用于在共价修饰、构象变化和凝集程度等多个层面上对由热、pH、氧化等应力引起的蛋白质变性/凝集产物进行全面表征;并以这些方法为主体、以业界相关的成熟方法为补充,从蛋白质结构-凝集关联性、凝集驱动力和凝集界面等几个角度,深入理解治疗性蛋白的变性/凝集机理,参与解决学术界和工业界共同关注的蛋白质稳定性问题。

结项摘要

蛋白质的变性/凝集是化学、生物、药学等诸多领域内的常见现象,与科研成本、药物安全性和人类疾病均密切相关。由于蛋白质变性/凝集体系成分复杂且有失稳定,传统分析方法因分辨率和通用性不尽人意而难以在分子层面上对其实现精确表征。本项目针对学术界与生物药物产业共同关注的天然蛋白质及人工重组蛋白质(含蛋白质药物)的变性及凝集现象,以生物质谱为核心工具,辅以毛细管电泳、色谱等前端分离技术,结合非变性质谱、top-down分析策略和氢/氘交换反应原理,通过在仪器设备、分析方法、数据处理等层面的创新,发展相关联的5种分析方法,并将其应用于对处于应激等条件下发生变性及凝集过程的蛋白质体系中,通过实时表征翻译后修饰方式和位点变化、构象变化和结合界面变化,深入解读蛋白质变性及凝集过程中伴随的结构演变、生物物理学性质演变及影响因素。研究成果发表于Anal. Chem.、Analyst等期刊。这些技术可作为表征蛋白质多层级结构、区分共存构象、动态监测蛋白质高级结构演变等研究目标的有力工具,提供独到的结构和动态学信息,并有望在生物物理学界及生物制药产业中获得广泛应用。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Multi-step conformational transitions in heat-treated protein therapeutics can be monitored in real time with temperature-controlled electrospray ionization mass spectrometry
热处理蛋白质疗法中的多步构象转变可以通过温控电喷雾电离质谱法实时监测
  • DOI:
    10.1039/c7an01655g
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Analyst
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Guanbo Wang;Pavel V. Bondarenko;Igor A. Kaltashov
  • 通讯作者:
    Igor A. Kaltashov
Differential hydrogen/deuterium exchange during proteoform separation enables characterization of conformational differences between coexisting protein states
蛋白质型分离过程中的差异氢/氘交换能够表征共存蛋白质状态之间的构象差异
  • DOI:
    10.1021/acs.analchem.9b00558
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Analytical Chemistry
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Yue Shen;Xiuxiu Zhao;Guanbo Wang;David D. Y. Chen
  • 通讯作者:
    David D. Y. Chen
基于纳升电喷雾-轨道阱超高分辨质谱对完整单克隆抗体药物进行分子量测定及糖型鉴定的条件探究
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1004-4957.2020.01.016
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    分析测试学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    代荣荣;马鑫;邵心阳;柴胡玲潇;王冠博
  • 通讯作者:
    王冠博
Deducing disulfide patterns of cysteine-rich proteins using signature fragments produced by top-down mass spectrometry
使用自上而下质谱法产生的特征片段推断富含半胱氨酸的蛋白质的二硫键模式
  • DOI:
    10.1039/c7an01625e
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Analyst
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Xiuxiu Zhao;Yue Shen;Wenjun Tong;Guanbo Wang;David D. Y. Chen
  • 通讯作者:
    David D. Y. Chen

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  • 通讯作者:
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应用于蛋白质药物多层次结构和功能表征的构象及动态双分辨集成分析系统研发
  • 批准号:
    21974069
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  • 资助金额:
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相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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