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2007年,董梦秋等通过定量蛋白质组学发现由F15E11.1基因家族的几个成员所编码的蛋白质在长寿的daf-2突变体中有大幅度增加[1]。这些蛋白的含量在另外两个长寿的突变体glp-1[2]和pept-1[3]中,在RNAi缺陷的突变体rde-1和rde-4[4]中,以及在热激[5]或者重金属镉胁迫[6]的条件下都会增加。由此我们提出了一个问题,F15E11.1基因家族会不会对长寿和应对胁迫环境有所贡献。经过Westem,逆转录-实时定量PCR和GFP融合蛋白的表达实验,我证实了F15E11.13和F15E11.14的mRNA和蛋白质水平在长寿的daf-2线虫品系中都增加了。我们进一步应用了遗传学,生物化学和结构生物学手段去探寻这个基因家族的生物学功能。我们构建了F15E11.13和F15E11.14的高表达线虫品系以及F15E11.1基因家族在五号染色体上的六令基因(、F15E11.1,F/5E11.12,F15E11.13,F15E11.114,F15E11.15以及Y19D10B.7)的缺失品系(记为hq6)高表达品系在形态上与野生型相似,寿命较野生型略微缩短,没有明显的抗热激,抗病原菌,抗重金属的表型。功能缺失品系hq6在上述方面也没有明显表型,但hq6可以在一定程度上缓解Aβ引起的线虫瘫痪表型(paralysis)。通过免疫共沉淀结合质谱分析(IP-MS)我们发现F15E11.13与F15E11.14形成稳定的复合体,体外实验也证实这两个蛋白可以直接相互作用形成异源二聚体(hetero-dimer)。另外HSP-1与F15E11.13/F15E11.14异源二聚体在体内有相互作用。我们没有检测出F15E11.13/F15E11.14有分子伴侣的功能,所以估计是HSP-1帮助F15E11.13和F15E11.14的折叠。我们希望通过二聚体的晶体结构找到其结构上的同源蛋白,结果发现F15E11.13和F15E11.14各自折叠成相似的两层β-sheet的构象,再以背靠面(backtoface)的形式组成二聚体。它们的双层β-sheet折叠属于非常普遍的形式,而两者背靠面的搭建又极为独特,没有在其他已知的结构中发现,所以我们没有从中得到启发。概括起来,我们检查了高表达和缺失品系的表型,确定了该基因家族的表达部位,发现F15E11.13和F15E11.14在体外和体内都有相互作用,并形成稳定的异源二聚体,我们试图通过这个二聚体的晶体结构和它的结合蛋白获取线索,然而以上种种努力还是没有让我们知道F15E11.1基因家族的确切功能。
化学交联结合质谱鉴定是研究蛋白质结构和蛋白蛋白相互作用的一个有力的工具。核心问题就是准确高效地从二级碎裂谱图中鉴定出交联肽段对。近些年,随着质谱技术的发展,尤其是高准确度、高分辨率、高速扫描质谱仪器的发明和交联肽段搜索软件的开发,化学交联结合质谱鉴定开始被应用到生物学研究中,比如用于大的复合物的拓扑结构解析[7][8]和蛋白质晶体结构的修正[9]。我们与计算所贺思敏研究组合作开发的pLink软件可以从质谱数据中高效、快速、准确地鉴定交联肽对。在pLink的开发过程中,只有氨基.氨基特异性交联剂的实验条件被深度优化,但如果被研究的蛋白或其中某个重要区域缺少可交联的赖氨酸对,氨基特异性交联剂就鞭长莫及。在本文章中,除了三个氨基.氨基交联剂(BS2G,BS3和DSS),我引入了三种氨基一巯基特异性的交联剂(AMAS,GMBS和Sulfo-GMBS)和两种氨基,羧基特异性的交联剂(EDC和TFCS)。我优化了氨基.巯基和氨基。羧基特异性交联剂的反应条件,包括反应时间、浓度、pH等。我还发现常规的还原烷基化处理会极大的减少氨基.巯基交联肽对的鉴定。我将上述共八种交联剂应用在了纯化的蛋白质BSA(同源二聚体),Aldolase(同源四聚体)和CNG(Cbf5-NoplO-Garl三元复合物)中,利用高精度和高速质谱(OrbitrapVelosPro)对每个样品均做了两次生物重复和各两次技术重复,可靠鉴定到了很多交联肽段对。我们在BSA、Aldolase、和CNG中分别鉴定到了117、117、和67对不同的交联位点对。通过与结构比较发现它们覆盖了蛋白或蛋白复合物表面的绝大部分区域。从鉴定到的交联位点我们发现氨基.巯基和氨基,羧基交联确实提供了丰富的而且是氨基.氨基交联所不能提供的结构信息。虽然八种交联剂的组合提供的信息最多,其中大部分都可以从DSS和Sulfo-GMBS的组合中得到,所以这两个交联剂可以作为化学交联实验的首选。总之,不同位点特异性的交联剂大大增加了蛋白质化学交联质谱的鉴定数量,目前已经可以用于分析蛋白质结构和蛋白蛋白相互作用,或许还可以进一步拓展到蛋白质构象动态变化的研究中。