电喷雾-串联质谱法结合RRKM理论与分子力学/分子动力学模拟研究气相非共价键糖-肽的相互作用

Carbohydrate -protein interaction is one type of the most important reactions in life process. To understand the nature of carbohydrate-protein interaction is of vital importance for the investigation of physiological functions, pathogenesis and drug development etc. Recently, mass spectrometric method has been applied in this field due to its high sensitivity, short analysis time and relatively simple sample preparation. However, it's very hard to determine the effective temperature of the dissociating ion in conventional mass spectrometer, making the measuring of accurate thermodynamic properties difficult. To solve this problem, we proposed to apply the RRKM method along with MM/MD-SA simulation to obtain the thermodynamic and conformational information of gas phase non-covalent carbohydrate-peptide complexes based on collision induced dissociation experiments under different collisional energies. Besides, by carefully choosing the complexes and compared their binding energies and conformations, we can have a better understanding of various influencing parameters about the complex binding energy and conformation, such as hydrogen bond, hydrophobic function, dipole function and Van der Waals forces, providing a better view of carbohydrate-protein recognition.

糖-蛋白质的非共价键相互作用是人们普遍关注的课题，深入研究糖-蛋白质相互作用的规律与影响因素对探索糖类物质的生理功能、致病机理与药物开发等具有重要意义。质谱法以其灵敏度高、快速、样品要求相对简单等优点广泛的应用于糖-蛋白质复合物的研究，但由于在常规质谱中离子温度难以确定，获取糖-蛋白质复合物的热力学性质如结合能等通常较为困难。为解决这一问题，本项目拟通过RRKM理论、分子力学计算结合不同能量下的碰撞诱导解离实验以及其他研究方法，如离子迁移谱等，针对糖链-肽非共价键复合物体系建立系列研究，获取糖-肽结合能与构型信息。此外，通过有目的性的研究比较不同糖-肽复合物的结合能与构象，综合分析多种因素如氢键、疏水作用、偶极作用和范德华力等弱相互作用对糖-肽结合强度与构型的影响，为深入了解糖-蛋白的特异性识别提供重要信息。

糖基化是最重要的蛋白质翻译后修饰之一，聚糖在许多生理、病理过程中发挥着重要的作用，探索生物体内聚糖以及不同结构糖链的识别行为对于了解致病机制与疾病诊断具有重要的意义。本项目通过色谱法与质谱法对生物聚糖进行表征，建立聚糖高选择性、高灵敏度分析方法并利用电喷雾串联质谱结合分子力学/分子动力学模拟以及RRKM理论计算对模型聚糖-肽复合物体系进行一系列研究，通过观察不同糖-肽复合物体系推断影响复合物构型变化与糖-肽结合能的重要因素。我们成功针对糖链还原端设计、合成了5种新型香豆素荧光衍生试剂，并发现氨氧类衍生试剂可成功标记糖链还原端，结合色谱-荧光检测与质谱分子可对聚糖进行高灵敏检测，较常用的聚糖衍生试剂相比，氨氧类衍生试剂衍生方法更简单所获得的检测限更低；研究开发了多种新型衍生化策略，对生物样品中酸性、中性N-糖链进行了糖谱分析并利用同位素标记实现了聚糖的半定量分析；筛选并确定了5种糖-肽复合物，用电喷雾-串联质谱成功获取到强度足够的糖-肽非共价键复合物离子峰，并对这12种复合物离子了解离曲线的绘制与RRKM理论计算，结果表明肽中亲水基团与链端单糖基团对糖-肽复合物均有较明显的影响。该项目的成功实施为深入了解糖-蛋白的特异性识别提供重要信息，促进了细胞、组织和生理水平上极少量聚糖的定性、定量分析。探索了疾病发生、发展过程中出现的糖基化变化。为探索聚糖结构及其表达水平与疾病间的相互联系打下坚实的基础，将大大促进聚糖和致病机制与发病过程的研究，进而为疾病介入性治疗提供思路和方法，为治疗药物的研发提供思路。