非变性质谱：靶向蛋白质降解的见解和机遇
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科技
2024-01-09 12:00
北京
近日澳大利亚格里菲斯大学药物发现研究所Sally-Ann Poulsen团队在Analytical Chemistry上发表了一篇题为“Native Mass Spectrometry: Insights and Opportunities for Targeted Protein Degradation”的综述文章，该文章系统概述了非变性质谱（nMS）在靶向蛋白降解技术（TPD）领域的概念验证和应用，并展示了它如何为研究人员提供对所研究系统的洞察力。最后作者还展望了nMS作为核心的、不可知的生物物理工具能为TPD领域发展带来的机遇（图1）。![]()
nMS是一种可以分析蛋白高阶结构的生物质谱方法，与传统破坏蛋白质立体结构和作用力的解离方法不同，nMS采用温和的电离方式（通常采用近生理pH值的溶液体系），使生物大分子在气相中能最大程度保持自然折叠状态和生物学功能。因此nMS可以用于研究蛋白复合体、蛋白质相互作用和蛋白配体间的相互作用等。TPD是利用机体自身去除致病靶蛋白的清洗系统进行新药研发的一种策略。TPD由小分子试剂介导，同时与E3泛素连接酶和目标蛋白（POI）结合，触发泛素化降解POI，而蛋白水解嵌合体（PROTAC）和分子胶（MG）正是两类最受欢迎的小分子降解剂。小分子诱导三元复合物的稳定性、协同性、动力学和潜在的集合形状是支撑PROTAC和MG诱导POI降解效率的核心特征。尽管目前已经有几种生物物理方法来研究三元复合物的结构，例如：X射线晶体学、热力学和动力学（荧光共振能量转移、等温滴定热法、表面等离子体共振等），但这些方法在需要标记、共价修饰或高样品消耗方面存在挑战，并且难以发现复合物与单体平衡转变的过程。nMS分析则很容易通过m/z读数区分和确认TPD平衡的多种物质特性，正在成为一种令人信服的表征支撑TPD机制相互作用的方式（图2-3）。![]()
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作者总结了从2020年发表的第一篇使用nMS表征TPD系统的文章，到2023年包括预印本在内的一些研究报告中nMS在TPD的应用（表1）。总的来说，这些研究证实了nMS及相关技术能表征与TPD有关二元或三元复合物及其他“意外”溶液的组分。![]()
迄今为止，使用nMS研究的所有TPD系统都采用了纳米电喷雾（nanoESI）源，与标准电喷雾电离（ESI）相比，这种电喷雾液滴更小，可以提高对盐和缓冲液的耐受性，降低样品消耗量，并改善更柔软的条件，以更好地保持弱的非共价相互作用。但值得注意的是，电离、离子传输和离子检测效率的潜在变化以及溶液中不同物质所经历的碰撞活化程度会影响在nMS光谱中观察到的物质的相对数量。比如，PROTAC分子的浓度会影响二元复合物或三元复合物的检测比例（图4），这也可能与钩状效应有关。![]()
最后，作者认为nMS独特之处在于能同时观察和量化共存的二元和三元复合物，这是其他生物物理方法都无法做到的。在实用层面，nMS具有许多优势：无标记、快速、准确、高分辨率、高通量兼容，并且与生物大分子无关；与核磁共振相比，nMS与核磁共振、X射线晶体学或冷冻电子显微镜相比，它只需消耗极少的样品，而且不需要结晶。但结晶是TPD系统的潜在瓶颈。此外，随着新的联用MS技术的发展（如MS-cryo-EM），nMS在鉴定新型E3招募配体、描述多组分的生物分子系统、降解器的设计和开发等方面也会发挥重要作用。本文作者：BC
