董梦秋实验室和雷晓光实验室合作开发出与质谱配套的多功能化学交联剂，用于检测蛋白-蛋白相互作用以及蛋白质构象变化

2016年3月8日，我所董梦秋实验室和雷晓光实验室合作在《eLife》杂志在线发表题为“Trifunctional cross-linker for mapping protein-protein interaction networks and comparing protein conformational states”的文章(doi: 10.7554/eLife.12509)。该文章报道了一种新型的多功能化学交联剂，具有高效的富集能力，用于鉴定复杂样品中的蛋白-蛋白相互作用以及检测蛋白质构象的变化。

董梦秋实验室致力于开发化学交联结合质谱技术（chemical cross-linking of proteins coupled with mass spectrometry)，简称 CXMS（Yang B, Nature Methods 2012; Lu S, Nature Methods 2015; Gong Z, Biophysics Reports 2015）。CXMS是近年来蛋白质组学技术的生长点，它利用化学交联剂将蛋白质或蛋白质复合体中空间距离足够接近的两个氨基酸（通常是赖氨酸）通过共价键连接起来，酶切成肽段后用质谱鉴定出交联位点，从而提供低分辨度的结构信息。相比于传统方法， CXMS对样品量和样品纯度要求低，分析迅速、通量高。因此，CXMS在过去几年中得到了广泛应用，常常助力电镜、结构建模等方法，成为解析大型蛋白质复合体三维结构的有力工具。但是，CXMS技术对复杂样品不够有效，主要原因是交联反应产物多样、交联肽段被其它信号淹没而难以鉴定。

在本研究中，董梦秋实验室与雷晓光实验室合作开发了一系列带有生物素标签、化学切割位点、并可被同位素标记的氨基特异性化学交联剂，称为Leiker。作者甄选出了性能最佳的Leiker，并建立了一套高效的富集策略。与不具备富集功能的交联剂相比，Leiker将交联肽段的鉴定数目提升了至少四倍。作者将该技术应用于大肠杆菌70S核糖体样品中，获取了大量核糖体柔性区域的结构信息，而这些信息是传统的X射线晶体学或冷冻电镜难以获得的。在更复杂的酵母外切体 (exosome) 的免疫共沉淀样品中，作者找到了两个外切体的直接结合蛋白以及15对外切体核心亚基之间的蛋白-蛋白相互作用。在复杂程度更高的大肠杆菌和秀丽隐杆线虫全细胞裂解液中，作者用Leiker分别鉴定到了3130和893对交联肽段对，与之前同类样品的鉴定记录相比，提升了8–22倍。最后，利用Leiker可被氘代标记的特点，作者建立了一套CXMS定量流程，用于寻找蛋白质构象的变化。作者首先以一个RNA结合蛋白的简单体系为例，通过比较有和没有RNA的蛋白样品找到了3个RNA结合位点。接着，作者比较了对数生长期和静止期的大肠杆菌，鉴定出了静止期特有的一对相互作用蛋白。通过上述应用展示，作者希望Leiker今后为更多的CXMS用户服务，成为解析大型蛋白质复合体结构、鉴定复杂样品中蛋白相互作用和检测蛋白构象变化的有力工具。