J. Am. Chem. Soc. | 基于IM-MS与tmFRET揭示SST-Cu(II)结合的结构特征

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分享一篇发表在JACS上的文章,题目为The Structure of Cyclic Neuropeptide Somatostatin and Octapeptide Octreotide in the Presence of Copper Ions: Insights from Transition Metal Ion FRET and Native Ion Mobility-Mass Spectrometry。本文通讯作者共两位,一位是苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)的Renato Zenobi教授,另一位推测为其课题组内博士后Ri Wu。Zenobi教授课题组的研究方向十分广泛,包括基于激光的分析技术、近场光学显微技术以及质谱技术。

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神经肽,作为一类神经递质,在神经细胞信号转导中发挥重要的作用。其中,生长抑素(Somatostatin,SST)通过特异性的结合SST受体(SSTR),进而调控神经内分泌与神经传递过程。近期研究表明,SST与金属离子、β淀粉样蛋白的相互作用将诱使其发生自组装,并初步证实分子中的二硫键区域参与Cu2+结合,但整体而言,对Cu2+结合产生的SST结构和功能变化认识较为有限。本文中,研究人员结合天然质谱native MS)、离子淌度质谱(IM-MS)以及过渡金属离FRETtmFRET)技术,致力于在气相条件下深入解析Cu2+-SST复合物的结构信息
作者从结构简单的SST类似物OCT(Octreotide)出发,首先证实OCT具有与SST类似的铜离子结合行为。为进行tmFRET测量,通过NHS酯将cR6G(5-carboxyrhodamine 6G)染料引入OCT上的伯胺中(N-term和K5之一),得到F1、K5两种单标记的分子。Native MS结果表明,cR6G的引入不影响Cu2+-OCT之间的相互作用。基于CID的串级质谱结果表明,Cu2+-OCT之间存在两种可能的结合位点,一种位于已知的二硫键区域,另一种位于Phe3与D-Trp4之间,通过阳离子-π键相互作用。
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基于tmFRET技术,绘制F1、K5在结合Cu2+前后的荧光衰减曲线,可发现Cu2+结合带来了显著的荧光淬灭现象,并通过拟合得到两个不同的荧光寿命(lifetime)。作者进一步计算了FRET效率(EFRET)与供体-受体距离(RDA,Förster距离R0 = 26 Å)。两个单标记OCT分子中均有∼18 Å与∼40 Å两种不同的RDA。IM-MS的结果表明,Cu2+-F1、Cu2+-K5复合物的碰撞截面(collisional cross sections, CCS)分布在较窄的窗口内,进一步印证两不同RDA是由不同结合位点所致,而非同一位点的不同构象所致。
基于同样的衍生化策略,作者获得了三种cR6G标记的SST分子,即A1、K4和K9。整体而言,Cu2+-SST复合物具有相同的作用位点,A1、K4在Cu2+结合时可观察到显著的荧光淬灭现象,而K9由于cR6G距离两结合位点均较远,故荧光淬灭效果大幅降低。当所选择的Cu2+-SST离子电荷从+2变为+3时,基于荧光衰减曲线仅拟合得到单一的RDA,对此,作者推测是由于高电荷下Cu2+与二硫键区域的相互作用被破坏所致。
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为验证上述实验结果,作者基于此前研究获得的OCT、SST在溶液相中的结构,建立了cR6G标记分子与Cu2+相互作用的结构模型,并计算CCS、RDA。比较结果表明,理论模型与实验结果之间具有较好的匹配程度。
综上所述,本文联合使用native MS、IM-MS以及tmFRET技术,解析了Cu2+-SST复合物在气相下的结构特征。
本文作者:TZS
责任编辑:WFZ
原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c13613
文章引用:DOI:10.1021/jacs.2c13613


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