精密测量院在细胞内蛋白质结构研究方法领域取得重要进展

近日，精密测量院复杂生物体系波谱分析团队与大连化物所质谱分析团队合作，在细胞内蛋白质结构研究方法领域取得重要进展。研究团队分析了多种原位化学交联剂在真实细胞环境中的性能，揭示了交联剂结构刚性与其捕获蛋白质动态信息能力之间的关系，为高效研究蛋白质动态及其相互作用提供了理论基础。相关成果近日发表在《美国化学会杂志-金》（JACS Au）上。

蛋白质结构及其动态变化是了解其生物功能的核心。目前实验研究主要局限于解析体外的纯化蛋白，而AlphaFold等结构预测方法只能预测蛋白质的静态结构，难以反映蛋白质在细胞内的结构和动态变化。原位化学交联质谱作为一项新兴技术，能够在细胞环境下研究蛋白质的结构、动态及其相互作用。然而，不同交联剂的结构特性如何影响其在细胞内捕获蛋白动态信息的能力，长期以来缺乏系统性的认识。

本研究对四种主流原位化学交联剂在细胞内的性能做了全面的比较评估，研究结合蛋白质结构分析和全原子分子动力学模拟，系统揭示了交联剂长度、骨架特性、二面角等结构参数与交联剂动态性之间的关系。结果发现，虽然不同长度的交联剂在捕获蛋白内部氨基酸间距方面表现出类似的效率，但这种“趋同”并非源于交联剂的完全伸展，而是与其自身的动态特性密切相关。这一发现突破了以往对交联剂性能的传统认知。

不同交联剂的动态特性决定了其在细胞内研究蛋白质结构的能力

尤为重要的是，研究团队发现高刚性交联剂能更高效地捕获蛋白质无序区及动态构象信息。若将化学交联比作探测蛋白质结构的分子尺，刚性交联剂犹如精准的"直尺"，而柔性交联剂则类似可弯曲的"卷尺"——后者虽具更好的结构适应性，但前者在解析动态结构方面展现出独特优势。这项研究不仅为细胞内交联质谱实验提供了坚实的数据支撑，也将进一步推动细胞结构生物学领域的发展。

研究成果以“Dissecting in vivo Cross-Linker Performance: Insights into Structural Dynamics and Molecular Rigidity”为题发表在《美国化学会杂志-金》（JACS Au）上。精密测量院博士生周雨璇和大连化物所博士生张蓓蓉为文章共同第一作者，精密测量院副研究员龚洲和大连化物所研究员赵群为通讯作者。

该项研究工作得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。

    论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.5c00709