基于天然纳米材料膨润土的质谱新技术与新方法的研究

Natural nano-material has many good and special properties, such as high surface area, high adsorption capacity, good adhesive force to MALDI target and environment friendly. Compare to artificial nano-material, the most benefit of natural nano-material is very stable and will not agglomerate. This project focuses on new application methods of bentonite using mass spectrometry, including improvement of the distribution uniformity of samples on the MALDI target, improvement of the sensitivity in mass spectrometry and specific enrichment of phosphorylated peptides. According to the structural characterization of bentonite, reasonable mechanism will be studied. To our knowledge, expanding the application range of natural nano-material bentonite to mass spectrometry research areas is the first time throughout the world.

本项目拟利用天然纳米材料的高比表面积、高吸附能力以及在MALDI靶上的高粘附性能，以及无任何环境污染，还能克服人造纳米材料易结团不稳定等特点，进行膨润土对于提高样品在MALDI靶上分布的均匀性、提高质谱分析灵敏度的研究以及对于磷酸化多肽的特异性富集能力的研究，设计并开发一些更加简便、快速、灵敏的质谱新技术和新方法，同时对膨润土进行各项结构表征，从结构特性的角度对膨润土在提高均匀性、灵敏度和特异性富集方面表现出的优良性能给予合理的理论解释。这项研究将天然纳米材料膨润土的应用范围拓展到质谱学研究领域，目前在这方面的系统研究在国内外尚属首次。

蛋白质磷酸化是常见的蛋白质翻译后修饰方式之一，磷酸化和去磷酸化这一可逆过程几乎调节着包括细胞的增殖、发育、分化、信号转导等过程在内的所有生命活动。鉴别磷酸化蛋白质并对其进行结构分析已经成为蛋白质鉴定工作中非常重要的部分，但由于磷酸化修饰的低丰度、动态、可逆的特点，以及离子化效率低，开发磷酸化多肽的富集方法及相关鉴定技术，具有非常重要的意义。.具体工作如下：.(1) 报道了一种用天然纳米材料膨润土对磷酸化多肽进行简便、快速、高效的富集，并用MALDI-TOF MS进行检测的方法。膨润土是一种天然含铝纳米材料，具有无毒、廉价易得以及良好的生物兼容性等特点。将膨润土应用到磷酸化多肽的富集当中，简单洗涤之后即可对富集在膨润土表面的磷酸化多肽直接检测，省去了繁琐的纳米材料制备、除盐以及洗脱过程。整个富集过程10分钟内即可完成，可以快速高通量的对磷酸化多肽进行检测，为天然纳米材料膨润土打开了更广阔的应用前景。.(2) 报道了一种新型的Fe-NTA小柱洗脱液草甘膦缓冲液。其具有固有离子化程度低，质谱检测前无需除去且与Fe3+有良好配位能力的特点。溶液自身呈酸性，可以选择性洗脱单磷酸化多肽，负离子形式（pH 9，氨水调节pH）则可以洗脱所有的磷酸化多肽。此方法可以大大缩短实验时间、操作步骤和实验成本，对磷酸化多肽的富集与检测具有非常重要的意义。.(3) 报道了一种快速识别假阳性磷酸化多肽异构体的方法。对于10个氨基酸以上的磷酸化肽段，通常至少可以带上2个电荷，因此可能存在多个漂移条带，通过综合分析肽段不同质荷比离子的漂移条带数目之间的关系、氨基酸等电点组成以及空间电荷效应，可判断多个漂移条带是否是由于带电位点不同引起，对磷酸化多肽异构体的快速筛查具有非常重要的意义。