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Nature Methods | 保留天然环境,精准提取膜蛋白:膜活性聚合物纳米盘(Nanodisc...

生物探索  · 公众号  · 生物  · 2024-11-29 16:35

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(Credit: Nature Methods

图a展示了商业化和自制合成的膜活性聚合物(MAPs)的代表性化学结构。这些MAP的结构通过改变疏水和亲水基团的比例、功能化R基团以及聚合物的分散性来操控,从而形成不同类型的MAP。这种多样性为研究人员提供了多种可能的MAP变体,用以优化膜蛋白提取的效率和特异性。
图b展示了基于RAFT(可控自由基聚合)聚合反应的MAP合成方案。 该合成方法使用了PADTC(聚氨基二硫代氨基甲酸酯)、DMF(N,N-二甲基甲酰胺)和ACHN(1,1'-偶氮(氰基环己烷))等试剂,通过聚合反应合成MAP,进一步调整其结构和功能以优化其膜蛋白提取能力。
图c展示了荧光溶解实验的原理图。 实验使用了融合脂质体(fusogenic liposomes)来将荧光标记的脂质引入活细胞,标记细胞膜。 然后,使用MAPs溶解细胞膜,将溶解后的膜与荧光信号一起收集。 通过荧光测量、动态光散射(DLS)和负染色电子显微镜(negative-stain EM)等技术,对溶解效果和膜的均一性进行质量控制。 这些实验确保了MAPs能够有效溶解细胞膜,并且纳米盘的形成稳定。
图d展示了溶解定量分析的示意图。 在实验中,膜被荧光标记的脂质标记,然后用MAPs溶解。 荧光测量的第一个读数(fl1)在膜溶解前读取,接着通过二硫亚磺酸(dithionite)进行猝灭,之后再进行第二次荧光读取(fl2)。 通过比较溶解前后的荧光强度,利用公式(1)计算纳米盘的提取效率,从而精确量化膜的溶解情况。
图e和f分别展示了针对HEK293细胞和HeLa细胞的MAP库的高通量溶解筛选实验。 在实验中,首先通过融合脂质体将荧光标记的脂质送入细胞标记膜,接着使用不同的MAPs溶解细胞膜,并计算溶解百分比(solubilization efficiency)。 如果膜的所有成分都被溶解,那么溶解效率将为100%,即与膜的起始荧光强度相等。 实验结果表明,MAPs的溶解效率随着不同聚合物的使用而变化,且通过这些实验,研究人员可以筛选出最有效的MAPs用于膜蛋白的提取。

膜蛋白的提取效率与纯度
在研究中,团队首先验证了该平台的有效性和可重复性。实验表明,这种基于纳米盘的提取方法可以从不同的细胞器膜中高效提取膜蛋白,且提取的膜蛋白具有较高的纯度。研究人员进一步证明了,该平台能够高效地提取并纯化多种膜蛋白,包括来自突触小泡的膜蛋白。实验数据显示,通过这种方法提取的膜蛋白,能够在其天然环境中保持功能,具有很高的生物学活性。
此外,该平台还能够用于多蛋白复合物的提取。例如,研究人员成功地提取了由两种突触小泡膜蛋白(Synaptic vesicle membrane proteins)组成的多蛋白复合物。通过这一方法,研究人员能够更好地理解膜蛋白之间的相互作用及其在细胞中的功能。

MAPs提取工作流的整合与膜蛋白质组学评估 (Credit: Nature Methods

图a展示了MAP提取工作流的整体流程。在该流程中,首先使用MAP库溶解细胞膜。通过超离心分离获得的MAP纳米盘(MAPdiscs)中,膜蛋白通过MTBE提取沉淀。提取的蛋白质经过还原、烷基化处理,并使用胰蛋白酶进行过夜消化。然后,消化后的肽段进行无标签定量蛋白质组学分析,通过液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)方法进行定量分析。
图b展示了在不同提取条件下,检测到的膜蛋白(MPs)数量。这些数据为评估MAPs在提取膜蛋白中的有效性提供了概述。图中显示,随着不同MAP的使用,提取的膜蛋白数量有所不同,从而反映出不同MAP提取效果的差异。
图c展示了不同提取条件下,膜蛋白覆盖的重叠情况。 实验中使用了三类不同的聚合物(SMA系列: SMA200和SMA300; AASTY系列: AASTY645、AASTY650、AASTY1145和AASTY1150; ChloroSMA系列:






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