会员登录

账号:

密码:

元素有机化学国家重点实验室(南开大学)

最新研究成果

研究成果

苏循成课题组Acc. Chem. Res.:蛋白质定点顺磁标记与应用的研究工作论述

发布单位:元素有机化学国家重点实验室   发布时间:2019/06/27    浏览次数:266次


      应Acc. Chem. Res.主编Burrows教授邀请,苏循成课题组以“Site-specific tagging of proteins with paramagnetic ions for determination of protein structures in solution and in cells”在Acc. Chem. Res.上总结了近10年来在蛋白质定点顺磁标记与应用的研究工作(图1)。


图1.蛋白质定点顺磁标记与应用

 

      核磁共振中的顺磁效应早期应用于复杂有机分子的谱学分析,随后逐渐应用到结构生物学和化学生物学研究领域中。由于大部分生物大分子中不包含顺磁中心,因此发展温和、高产率的蛋白质定点标记方法是目前获得顺磁信息的有效途径。作者首先讨论了生物体系中通常应用到的顺磁性物质,论述并评价了自由基、过渡金属离子和稀土离子的适用性并提出稀土离子应用到细胞内生物磁共振(包括NMR和EPR)研究中的优越性。根据研究者多年的研究,作者系统论述了发展高质量顺磁探针应考虑的一些重要因素如金属螯合探针结合顺磁中心的稳定性、刚性、静电荷和疏水性以及探针与蛋白连接的稳定性和刚性,并系统论述了三种主要顺磁效应:顺磁弛豫增强(PRE)、残余偶极耦合(RDC)和赝接触位移(PCS)之间的关系。由于顺磁效应的高灵敏性,作者特别强调了生物核磁中利用顺磁效应作为结构和动力学判据研究生物大分子体系该注意的一般问题。


      在该课题组已建立的位点特异性标记方法和新开发的顺磁探针的基础上,作者从真实反应体系、活细胞和细胞内等几个事例阐明顺磁共振技术是从原子分辨水平上阐述大分子作用、结构与动态变化的重要工具。1)作者通过定点顺磁标记方法以PCS为结构约束条件测定了真实反应体系中低含量(< 30uM)、不稳定(半衰期<3 h)酶催化中间体的三维结构。2)作者实现了以PCS为主要结构约束条件测定活细胞内蛋白质三维结构,该工作说明稳定顺磁标记探针在细胞内研究生物大分子结构与作用的实用性并提出PCS是细胞内蛋白质结构与动态分析的重要性结构约束条件。3)由于顺磁核磁和电子自旋共振都借助于顺磁物质的特性,该课题组提出以生物核磁优化顺磁探针并应用到双电子自旋共振(DEER)测定中,并证实生物核磁优化的刚性顺磁探针可以通过DEER测量获得高分辨的窄距离信息。该课题组通过发展高性能顺磁探针并成功应用到细胞内蛋白质的DEER测量中。虽然已有多种顺磁探针报道,但是由于生物体系的复杂性,单一顺磁探针并不能简单适用于众多生物体系,作者建议应用多种顺磁探针并比较顺磁效应。最后,作者阐述了顺磁共振包括NMR和EPR在研究生物大分子体系的高度互补性并在原位条件下以原子分辨率水平研究生物大分子中的优势,并提出发展生物相容性定点标记蛋白质的挑战与机遇。


      文章信息:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.9b00132
  Acc. Chem. Res. 2019, 526, 1675-1686