推薦一篇發(fā)表在Anal. Chem??.上的文章，題目為“Rational Modification of a Cross-Linker for Improved Flexible Protein Structure Modeling”，通訊作者是倫敦大學(xué)學(xué)院的Konstantinos Thalassinos老師和維也納大學(xué)的Nuno Maulide老師，前者的方向為利用質(zhì)譜研究蛋白分泌系統(tǒng)和蛋白質(zhì)錯誤折疊疾病，后者的方向為不對稱有機(jī)合成。
交聯(lián)質(zhì)譜（XL-MS）是解析自然狀態(tài)下蛋白蛋白相互作用的一種輔助工具，主要依賴化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)捕獲結(jié)構(gòu)信息。其中Disuccinimidyl sulfoxide (DSSO) 是一種可以被 MS 裂解的交聯(lián)劑，適用于多亞基蛋白質(zhì)復(fù)合物結(jié)構(gòu)以及蛋白折疊信息的解析。然而DSSO本身化學(xué)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定使得其交聯(lián)效率較低，因此需要開發(fā)新的穩(wěn)定的交聯(lián)劑。文章團(tuán)隊通過理性化學(xué)設(shè)計改善了DSSO的穩(wěn)定性，同時也將交聯(lián)質(zhì)譜信息與AlphaFold2相結(jié)合，提升了算法對有多個動態(tài)構(gòu)象的單體蛋白的結(jié)構(gòu)預(yù)測。
文章首先通過理性設(shè)計，在原本的DSSO結(jié)構(gòu)中插入N原子從而得到了新的交聯(lián)劑結(jié)構(gòu)DSSO-carbamate（圖1）。隨后團(tuán)隊使用LC-MS檢測了兩種結(jié)構(gòu)各自的穩(wěn)定性（圖2），可以看到在相同的存放條件下，DSSO產(chǎn)生了明顯的分解變質(zhì)而DSSO-carbamate的分解比例則較低，說明DSSO-carbamate具有更高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
然而更高的穩(wěn)定性是否會犧牲一部分反應(yīng)效率是一個自然而然的擔(dān)憂。但令人滿意的是DSSO-carbamate不僅更加穩(wěn)定，對于模型蛋白的標(biāo)記效率也得到了提升。人類 20S 蛋白酶體復(fù)合物（h20S）由 28 個亞單位組成，涉及 14 種不同的蛋白亞單位。在加入交聯(lián)劑之后， DSSO-carbamate 組共識別到 25 個賴氨酸殘基，分布在 9 個 h20S 亞單位上，而 DSSO僅識別到 14 個殘基，分布在 9 個亞單位上（圖3）。
團(tuán)隊隨后研究了基于DSSO-carbamate 的XL-MS方法和AlphaFold2工作流程的互補(bǔ)性。盡管?AlphaFold?是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測的有力工具，但內(nèi)在無序區(qū)域和具有多種動態(tài)構(gòu)象的靈活蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測仍然是一大挑戰(zhàn)。而XL-MS信息的加入可以改善這一情況。由此，團(tuán)隊對谷氨酰胺結(jié)合蛋白（QBP）進(jìn)行了 XL-MS 實驗，QBP 是一種 27.2 kDa 的球狀蛋白，在結(jié)合谷氨酰胺輔因子后會發(fā)生收縮。在無輔因子狀態(tài)下（apo-QBP）DSSO-carbamate比DSSO得到了更多的單連接和交聯(lián)結(jié)果。在有輔因子狀態(tài)下二者識別的交聯(lián)數(shù)目一致，但是DSSO-carbamate得到了額外的單連接信息（圖4）。上述結(jié)果說明XL-MS確實可以為蛋白的動態(tài)構(gòu)象提供更多數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)隨后被輸入到XL-MS集成的AlphaFold2管道中，對于apo-QBP結(jié)構(gòu)，使用DSSO-carbamate生成的得分最高的結(jié)構(gòu)與使用DSSO生成的結(jié)構(gòu)相比，基于RMSD對齊結(jié)果而言其準(zhǔn)確性提高了4.4倍（圖5）。
綜上所述，團(tuán)隊開發(fā)了一種新的蛋白質(zhì)交聯(lián)劑DSSO-carbamate，提升了交聯(lián)劑的穩(wěn)定性和交聯(lián)效率。交聯(lián)結(jié)果與AlphaFold2算法結(jié)合提升了對蛋白質(zhì)動態(tài)結(jié)構(gòu)的預(yù)測能力。
