長春應化所設計合成新型稀土基磁性親和材料
蛋白質的可逆磷酸化修飾是生物體內普遍存在的信息轉導調節方式，幾乎參與生命活動的所有過程，在細胞的增殖、發育和分化，細胞信號轉導、轉錄和翻譯，細胞的周期調控、蛋白降解和新陳代謝，細胞生存、細胞凋亡和腫瘤發生等方面發揮著重要的作用。目前已知許多人類疾病的發生都與異常的蛋白質磷酸化修飾有關，而且一些疾病也會導致一些異常的磷酸化修飾。因此，通過探索生理和病理狀態下蛋白質磷酸化規律對于闡述生命本質和疾病發生機制具有十分重要的意義。
由于蛋白質磷酸化是一種動態過程，磷酸化蛋白的豐度很低，化學計量比十分小、非磷酸化肽質譜信號強烈抑制磷酸化肽質譜信號，因而難以用質譜直接檢測。此外，由于磷酸根帶負電，其離子化效率較低，使得磷酸化肽的質譜檢測變得更加困難。因此，在檢測前，進行富集，提高其相對含量，改善質譜對磷酸肽的信號響應是十分必要的。盡管目前有多種富集方法可以選擇，但都存在不少問題，如抗體需要量較大、費用昂貴、富集效率不高，以及存在對非磷酸肽的非特異性富集等。
為了鑒定磷酸化肽，有兩種方法通常被采用：一種是通過對比用磷酸酶處理前后的磷酸化肽質譜圖，看是否有80Da質量數差異來進行判斷；另一種是利用質譜中的碰撞誘導解離（CID）方法進一步電離，借助串級質譜MS/MS，通過觀察是否有98Da質量數差異識別磷酸化肽，但這兩種方法存在費用高、步驟繁瑣或需昂貴質譜設備的局限。此外，采用耗時的、繁瑣的離心分離和色譜柱分離等方法進行磷酸肽的分離提純是低效的和高成本的。
中科院長春應用化學研究所倪嘉纘院士課題組張吉林博士等，針對蛋白質組學研究中富集低含量磷酸化蛋白/多肽用于質譜分析檢測所面臨的挑戰，利用稀土離子對磷酸根部分的高選擇性親和作用和催化水解作用以及磁性粒子的快速磁分離特點，設計合成了新型稀土基磁性親和材料，實現了質譜檢測前對復雜生物蛋白樣品酶解液中的磷酸化肽的高選擇性捕獲、快速磁分離提純和方便的磷酸化肽質譜標記。
鑒于稀土離子對磷原子高選擇性親和作用和對膦酸酯鍵催化斷裂水解作用，稀土基親和材料能夠被利用捕獲磷酸化肽和使磷酸化肽去磷酸化作用產生80Da質量數HPO3的丟失，從而起到親和材料、無機酶和磷酸化肽質譜信號標記的作用，達到選擇性捕獲和直接鑒定識別磷酸化肽的目的。此外，考慮到磁分離的便捷性和高效性，把Fe3O4粒子作為磁性核等包覆在稀土親和材料內部，將有助于簡化分離過程，提高分離效率。
張吉林博士等設計合成了REPO4(RE=Yb,Gd,Y)，Fe3O4@SiO2@CeO2，Fe3O4@LaxSiyO5，Fe3O4@LnPO4(Ln= Eu,Tb,Er)等一系列稀土基親和材料，實現了磷酸化肽的選擇性捕獲、快速磁分離提純和容易通過80Da質量數HPO3的丟失特征質譜峰識別磷酸化肽。在此基礎上，近期該課題組又將磁性納米粒子和稀土基親和材料粒子共價地組裝到結構獨特、比表面積極大的石墨烯基質上，實現了對非磷酸化蛋白質和低豐度的磷酸化肽的同時富集、逐個洗脫和分別檢測，顯著地提高了檢測效率和降低操作費用，使研究工作獲得進一步的創新。
該研究有利于提高寶貴的稀土資源的附加值，其稀土基親和材料在磷酸化肽的選擇性捕獲、方便的質譜標記和快速磁分離提純應用方面潛力巨大。該研究成果對蛋白質組學研究將是起到積極的促進作用，也開拓了稀土在生物醫學領域中的新應用。
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