低温电子显微镜和CX-MS:两个蛋白质组学

一项雄心勃勃的新的工作流已经结婚两个先进的蛋白质组学分析技术来提高成像的大型蛋白质组装。结合电子cryo-microscopy(低温电子显微镜)和交联耦合的质谱(CX-MS)允许更深的审讯的蛋白质结构的详细级别,自己不能获得的技术。

新技术的组合综述了在结构生物学在目前看来,由马丁·路德Halle-Wittenberg大学卡拉·施密特和马克斯·普朗克生物物理化学研究所的亨宁Urlaub。

CX-MS和低温电子显微镜技术在上升

映射一个蛋白质的结构是非常复杂的过程。除了共价肽债券在肽链氨基酸链接在一起,非共价债券,如范德华相互作用和静电相互作用,形成蛋白质蛋白质内部和之间的相互作用。目前,没有简单的方法识别这些相互作用的蛋白质的结构。CX-MS交叉连接地区非共价结合的蛋白质,使可视化这些隐藏的连接。

最先进的傅里叶变换(FT) electrospray-ionisation质谱定量分析的分子。极少量的蛋白质及其片段由液相色谱分离,直接喷到质谱仪。屏幕显示喷嘴的位置(石英玻璃)制成的毛细针的分子出现在面前的质谱仪。信贷:我 rene Bottcher-Gajewski /马克斯·普朗克生物物理化学研究所。

将这些蛋白质区域,使用化学cross-linkers。直到最近,cross-linkers创建可裂解质谱计,这开辟了CX-MS结合低温电子显微镜使用的潜力。这些cross-linkers包括disuccinimidyl辛二酸盐(DSS)和bis (sulfosuccinimidyl)辛二酸盐(BS3)目标胺组的赖氨酸残基的肽链。进一步创新产生了交联剂如4 - (4 6-dimethoxy-1 5-triazin-2-yl) 4-methyl-morpholinium氯(DMTMM),直接链接羧基在天冬氨酸和谷氨酸胺。

低温电子显微镜起源于透射电子显微镜(TEM)。像TEM,重建的三维图像样本2 d图像片。保护样本辐射损伤(主要问题等生物样品的蛋白质)和真空电子显微镜内产生的样品研究了在低温下的玻璃化(实质上是把样本变成non-crystallized玻璃),避免破坏性的冰晶的生产。最新进展提高了低温电子显微镜的分辨率,这意味着解决最新发表3坐在3-5A d-em图像。

耦合低温电子显微镜和交联

CX-MS确定交联肽后,来自低温电子显微镜分析的数据可以与CX-MS数据集成。CX-MS可以协助缝合在一起的3 d图像的重建过程的蛋白质从2 d图像片,通过提供约束限制最大可能的距离氨基酸肽,帮助识别和验证他们的位置重建蛋白复合物。

寻求进一步的创新自动化拟合的过程中交联蛋白3 d-em地图上,并帮助协调的定义结构交联蛋白与一个本地的实际结构的蛋白质,这是不断在变化的状态中。这个变化,或构象异构性,使蛋白质绑定到许多伙伴取决于他们需要填补的角色。

应用低温电子显微镜/ CX-MS

低温电子显微镜/ CX-MS工作流用于图像剪接体复杂的蛋白质存在于真核细胞,排骨和流程pre-mRNA产生一个成熟的信使rna分子内含子的自由。剪接体结构在拼接过程中是不断变化的,和低温电子显微镜/ CX-MS证明至关重要的可视化sub-complexes剪接体。这项技术也被用于识别组合种蛋白质,低温电子显微镜鉴定步骤之后由CX-MS位置验证。

虽然并不总是需要相结合的技术,组件的高低温电子显微镜分辨率低于3.5,CX-MS是不必要的分辨率足够高容易整个蛋白质结构模型——低温电子显微镜/ CX-MS工作流在结构分析发现了一个有用的和实质性的利基。改善仍需在cross-linkers使用,穿透地区深在蛋白质内部,克服依赖活性残留形成交联,但是低温电子显微镜/ CX-MS结合,完全可能改变蛋白质复合体结构生物学领域的方法分析。