双子型两亲分子的设计、合成及其在膜蛋白质组学中的应用

膜蛋白质组学是目前蛋白质组学研究的热点和难点，也是细胞膜研究的核心。膜蛋白的增溶性问题是膜蛋白组学研究中所面临的最重要的挑战。本课题拟设计与合成一系列双子型两亲分子-糖苷型季戊四醇两亲分子（glyco pentaerythritol amphiphile, GPA），表征GPA的物理性质，比较GPA与常用去垢剂对细胞膜蛋白的增溶效率，并应用于HaCaT细胞和16HBE细胞的膜蛋白质组学研究中。合成的双子型两亲分子以季戊四醇为骨架，葡萄糖苷和麦芽糖苷为亲水极性基团，直链或带支链的直链烷基为疏水非极性基团。通过化学调节两亲分子的分子结构，寻找两亲分子化学结构和膜蛋白增溶能力之间的规律，为膜蛋白质组学研究提供新的（超）分子工具。为日后其他外源性化学物细胞毒性的膜蛋白组学研究和重大传染病病原体的膜蛋白质组研究奠定基础。

膜蛋白质组学是当今蛋白质组学研究领域的一个重要分支。两亲分子作为一类同时具有亲水性和亲脂性的化合物，在膜蛋白的溶解、提取以及水溶液中的稳定性具有非常重要的作用。本项目设计合成一类新型的双子型两亲分子，探索其在膜蛋白质组学研究中的应用前景。双子型两亲分子化学结构以季戊四醇为骨架，两条直链烷烃做为疏水基团，两个糖苷结构作为亲水基团。首先，我们优化了双子型两亲分子的合成路线，将每个目标产物积累5~10克水平，并完成这些两亲分子水溶性、临界胶束浓度和胶束尺寸大小的表征。接着，我们比较了双子型两亲分子和各种常用商品化表面活性剂、亚细胞蛋白质组抽提试剂盒（试剂盒）对膜蛋白增溶的能力。结果发现，双子型两亲分子MAL-10和GLU-8提取膜蛋白效率较CHAPS（一个常用的表面活性剂）有明显的提高（比例分别为2.35 ± 0.19和1.57 ± 0.28，P < 0.05），但是较试剂盒差（试剂盒/CHAPS = 17.3 ± 0.51）；在膜蛋白的纯度方面，MAL-10和GLU-8明显优于试剂盒，尤其是线粒体蛋白（prohibitin作为标志物）和胞浆蛋白（actin作为标志物）的含量远远低于试剂盒，与CHAPS相当。同时，我们优化了液质联用（LC-ESI-MS/MS）和双向电泳-质谱联用（2D-MALDI-TOF-MS）的膜蛋白质组学技术平台，并运用这些技术平台开展外源性化学物致细胞毒性的膜蛋白质组学研究。随后，我们分别采用两种蛋白质组研究策略2D-MALDI-TOF-MS和LC-ESI-MS/MS在两个细胞系HeLa和16HBE中比较了MAL-10、CHAPS以及试剂盒在膜蛋白质组学的应用效果。结果表明，在16HBE细胞系中，MAL-10组分较CHAPS组分浓度增加的蛋白有64个，含有1个以上跨膜结构域的蛋白有44个，生物信息学分析显示这些蛋白与细胞膜相关的蛋白有21个。在HeLa细胞中，MAL-10组分较试剂盒组分浓度增加的蛋白有68个，其中有1个以上跨膜结构域的蛋白有37个，生物信息学分析显示这些蛋白与细胞膜相关蛋白有22个。这些结果显示了双子型两亲分子作为一类新型的分子工具，在膜蛋白质组学研究中具有良好的应用前景。