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利用LiP-MS鉴定蛋白结构变化,讲出不一样的故事

2023-11-02 00:00:00

天然内源性环境中,蛋白质之间或蛋白质与其他分子之间相互作用,发生翻译后修饰及细胞基质环境变化影响,都会进一步影响蛋白质结构。结构信息的变化在传统的蛋白质组学分析流程中并不能有效获取,一方面因为蛋白质提取过程中常规表面活性剂的加入影响了结构信息,另一方面也缺乏高通量有效的技术来进行规模化蛋白质结构变化的研究。


有限蛋白水解(LiP)和质谱技术结合的LiP-MS技术,超越简单的蛋白质组定性和定量研究,能够提供蛋白质组结构改变、折叠和稳定性、聚集和分子相互作用的信息,洞悉生理或病理状态下内源性蛋白质的结构改变,为研究提供全新的角度。


案例一:LiP-MS鉴定帕金森病新型标志物


帕金森病(PD)是一种流行的神经退行性疾病,需要强有力的生物标志物。众所周知,蛋白质结构影响功能,蛋白质结构变化的全局分析是否能深入了解帕金森病的病理生理学,并找到结构变化疾病生物标志物?2022年10月,瑞士苏黎世联邦理工学院的研究人员将LiP–MS技术用于PD患者和健康供体的脑脊液 (CSF) ,鉴定到76 种结构改变的蛋白质。这些蛋白质在 PD 中被错误调节的过程中富集,并且一些蛋白质还在 PD 脑样本中显示出结构变化。将这些标志物用于区分健康与帕金森病患者,发现CSF 蛋白质结构信息优于丰度信息,并提高了标志性 PD 蛋白质 α-突触核蛋白的 CSF 测量的区分性能。该研究表明,对人类结构蛋白质组的分析可以指导疾病新结构生物标志物的开发。

文章标题:Global, in situ analysis of the structural proteome in individuals with Parkinson’s disease to identify a new class of biomarker

发表杂志:Nature Structural & Molecular Biology

影响因子:16.8


案例二:Lip-MS揭示衰老相关脑脊液蛋白质丰度和结构变化


脑脊液(CSF)蛋白及其结构与衰老和神经退行性疾病有关。2022年5月,斯坦福大学的研究人员对16个年轻小鼠CSF样本和8个老年小鼠CSF样本进行LiP-MS分析,发现 38 个蛋白质组随着年龄的增长而丰度发生变化,它们主要是 IgM 亚类的免疫球蛋白。鉴定到六种随着年龄的增长而发生结构变化的高置信度候选者,其中Kng1、Itih2、Lp-PLA2和14-3-3蛋白具有结合伴侣或化学形式,以前已知它们在阿尔茨海默病患者的大脑中会发生变化。蛋白质印迹的正交验证表明六个候选标志物都与认知功能和/或神经退行性变的生物标志物有关,尤其是14-3-3蛋白YWAB和YWAHAZ。该研究说明LiP–MS可以揭示与神经退行性变相关的CSF中与年龄相关的结构变化。

文章标题:Limited Proteolysis-Mass Spectrometry Reveals Aging-Associated Changes in Cerebrospinal Fluid Protein Abundances and Structures

发表杂志:Nature Aging

影响因子:16.6


案例三:LiP-MS揭示酵母应激时蛋白功能的改变


生物过程受分子间相互作用和化学修饰的调节,这些相互作用和修饰不会影响蛋白质水平,从而逃脱了经典蛋白质组学筛选的检测。2021年1月,瑞士苏黎世联邦理工学院的研究人员对指数生长的酵母培养物进行短期渗透或热应激,然后应用LiP-MS监测蛋白质丰度和结构变化,发现只有1%或更少的检测到的蛋白质在刺激时丰度发生变化,23%和11%的检测到的蛋白质组在热休克和渗透休克时分别发生了结构改变。进一步通过功能富集分析和其他组学数据分析揭示了基于 1,6-二磷酸果糖的大肠杆菌葡萄糖摄取调节机制。

文章标题:Dynamic 3D proteomes reveal protein functional alterations at high resolution in situ

发表杂志:Cell

影响因子:64.5


案例四:LiP-MS表征活化巨噬细胞的结构改变


巨噬细胞的炎症反应是一个有序而复杂的过程,伴随着形态和功能的剧烈变化。据预测,蛋白质在这些精细调节的过程中会发生结构变化。2021年12月,清华大学的研究人员应用LiP-MS鉴定脂多糖(LPS)激活的巨噬细胞的全蛋白质组结构变化,鉴定出386种结构特异性蛋白,其中HSP60被列为变化较大的蛋白质,并通过细胞热位移分析(CETSA)和天然CETSA验证了HSP60的结构变化。该研究揭示了伴侣蛋白的结构在巨噬细胞激活过程中的显著变化,并证明LiP-MS是原位表征蛋白质组结构变化的有效方法。

文章标题:Structural Alternation in Heat Shock Proteins of Activated Macrophages

发表杂志:Cells

影响因子:6

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