生物化学与生物物理进展 Progress in Biochemistry and Biophysics 2010, 37(1): 94~102 www.pibb.ac.cn
基于电子捕获裂解/电子转运裂解串联质谱 技术的蛋白质组学研究 *
孙瑞祥 1)** 董梦秋 2)** 迟 浩 1) 杨 兵 2) 秀丽蕴 1) 王乐珩 1) 付 岩 1) 贺思敏 1)
(1)中国科学院计算技术研究所,智能信息处理重点实验室,北京 100190;2)北京生命科学研究所,北京 102206)
摘要
蛋白质组学的兴起带动了质谱技术的快速发展,而质谱技术的进步则拓宽了蛋白质组学研究问题的广度. 最近 10 年
内,肽段或完整蛋白质在质谱仪中的裂解技术—— —电子捕获裂解(electron capture dissociation, ECD)与电子转运裂解(electron transfer dissociation, ETD)逐渐发展起来. ECD 和 ETD 在蛋白质组学中的应用,特别是在蛋白质的翻译后修饰鉴定和"自顶 而下(Top-down)"的完整蛋白质裂解研究中已经展示出了诱人的前景. 对 ECD 和 ETD 的基本原理,质谱特点,仪器实现, 数据解析算法与软件开发,以及在蛋白质组学中的应用进展等方面进行了比较系统全面的阐述,并对当前的研究问题,面临 的技术挑战与未来的发展趋势等方面作了深入剖析. 关键词 电子捕获裂解,电子转运裂解,碰撞诱导裂解,串联质谱技术,计算蛋白质组学 Q51,TP39 DOI: 10.3724/SP.J.1206.2009.00352
学科分类号
质谱技术已经成为当前蛋白质组学研究中不可 或缺的平台,质谱数据的信息质量直接决定了蛋白 质鉴定的可靠性和鉴定数量. 目前,蛋白质鉴定最 主要的方法是利用串联质谱检索蛋白质序列数据 库[1]. 虽然它可以较好地解决大部分简单或中低复 杂程度的蛋白质鉴定问题,但随着人们对复杂的蛋 白质翻译后修饰鉴定需求的提高,由碰撞诱导裂解 (collision induced dissociation, CID)方式获得的串联 质谱在鉴定翻译后修饰问题上遇到了很多技术困 难,如由于显著的中性丢失而导致质谱中与氨基酸 序列相关的离子信息减少,难以确定修饰位点等. 1998 年 发 现 的 电 子 捕 获 裂 解 (electron capture dissociation, ECD) [2]和 2004 年发现的电子转运裂解 (electron transfer dissociation, ETD) [3] 可以很好地解 决这个问题. 这两项质谱新技术的应用为蛋白质组 学的发展带来了新的曙光,基于电子的碎裂技术的 时代已经到来. 本文对 ECD 和 ETD 技术分别从基本原理,质 谱特点,仪器开发,基础研究进展,数据处理算法 与软件开发等方面进行了详细的阐述,并对当前的 研究问题和未来的发展趋势进行了综合分析.
切,在质谱仪中离子化的肽段. 肽碎裂过程主要产 生 b 和 y 类型的离子,如图 1 所示[1]. 相应地,常 用的蛋白质鉴定软件也主要是利用这两种类型的离 子峰信息与理论质谱进行匹配,可靠的匹配结果一 般依赖于匹配上较多的强度较高的连续谱峰. CID 在蛋白质鉴定中已经有很多成功的应用,但随着蛋 白质组学研究的逐渐深入,人们对肽段或蛋白质的 碎裂提出了更多更高的要求. 如对于非胰蛋白酶酶 切的较长肽段,或者发生翻译后修饰的肽段,CID 的碎裂途径往往受到很大的抑制,导致产生的质谱 有用信息相对于未修饰的肽段减少,使得鉴定结果 的可靠性显著降低. 因此,寻求新的更有效的碎裂 方法最近几年已成为蛋白质质谱领域的一个重要研 究方向. 1998 年,McLafferty 等[2]意外发现了蛋白质电 子 捕获碎裂的 现象 ,进 而应 用到 蛋白 质鉴 定领 域[2,4],这标志着蛋白质基于电子的碎裂技术时代的
* 国家高技术研究发展计划(863)(2008AA02Z309, 2007AA02Z315, 2007AA02Z1A7), 国家重点基础研究发展计划(973)(2010CB912701) 和中国科学院知识创新计划( KGGX1-YW-13)资助项目. ** 通讯联系人. Tel: 010-62601018 孙瑞祥. E-mail: rxsun@ict.ac.cn 董梦秋. E-mail: dongmengqiu@nibs.ac.cn 收稿日期:2009-06-05,接受日期:2009-09-04
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基于电子的碎裂技术简介
在当前的蛋白质鉴定中,CID 是最常用的肽段 碎裂技术,CID 常应用于采用胰蛋白酶(trypsin)酶

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