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生命与环境科学学院王晓东教授团队在分析化学领域顶级期刊《Analytical Chemistry》发表封面文章

【来源: | 发布日期:2021-08-19 】

 

 近日,中央民族大学生命与环境科学学院(质谱成像与代谢组学国家民委重点实验室)王晓东教授团队在MALDI-MSI蛋白质原位检测及成像表征新型基质研究领域取得了又一重要进展。相关研究成果以“A Caffeic Acid Matrix Improves In Situ Detection and Imaging of Proteins with High Molecular Weight Close to 200,000 Da in Tissues by Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometry Imaging”为题,发表在分析化学顶级期刊《Analytical Chemistry》(Nature Index收录)上,该研究论文同时被遴选为期刊封面文章。中央民族大学为该论文第一作者单位及唯一通讯单位。论文在线链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.0c05480

近年来,基质辅助激光解析电离质谱成像(MALDI-MSI)作为一种较为成熟的分子影像技术已被广泛应用诸多领域(如基础医学、药学、动物学、植物学、食品安全和环境科学等)生物内/外源性分子成像表征研究。该技术因其具有无需复杂样品前处理,无需特异性标记,可同时原位表征成百上千种分子等优势特点,越来越多地受到研究者关注;该技术的发展与完善进一步推动了原位代谢组学、原位脂质组学、原位糖组学、原位蛋白质组学研究进展。该技术的成功应用极度依赖于基质的准确选择,合适的基质可将激光能量有效传递给组织表面待测分子,从而实现其高效离子化效能,最终保证高质量的质谱成像结果。尽管许多基质已被广泛应用于诸多生物样本各类分子的原位检测,但对于动/植物样本的高分子量(HMW)蛋白质原位表征适用性方面仍存在明显不足;截至目前,基于现有基质的MALDI-MSI分子量检测极限通常小于30,000 Da,对生物体内分子量高于30,000 Da的众多蛋白质并不兼容。因此,筛选发现适用于HMW蛋白质成像表征的新型基质对于进一步拓展MALDI-MSI的应用范围具有极其重要的意义。

王晓东教授团队通过系统研究发现咖啡酸(caffeic acid, CA)作为一种绿色、无毒有机酸基质可显著增强MALDI-MSI对生物组织样本中HMW蛋白质的原位检测及成像表征性能。研究表明:该基质具有离子化效率高、微米级结晶尺寸、共结晶形态均一性好、化学稳定性强、线性动态范围宽等特点,且同时适用于动/植物组织样本表面HMW蛋白质的检测及成像。研究结果显示基于CA基质MALDI-MSI对动/植物组织样本蛋白质的原位检测质量上限高达~200,000 Da,远高于目前常用的蛋白质检测基质芥子酸(sinapinic acid, SA)和阿魏酸(ferulic acid, FA)。研究团队利用该基质分别对小鼠脑、马槟榔种子和萌发大豆种子组织成功进行了HMW蛋白质原位检测与成像研究,极大拓展了MALDI-MSI技术在原位蛋白质组学研究中的应用范围。值得注意的是,该研究首次从众多HMW蛋白质离子信号中成功鉴定出小鼠脑kinesin-like蛋白(KIF1A)、马槟榔甜蛋白II(mabilin-2)和马槟榔甜蛋白IV(mabilin-4)、β-伴大豆球蛋白(β-conglycinin)三聚体(αα′β),充分证实了利用CA在组织上原位研究HMW蛋白质及蛋白质复合体组织空间分布的可行性及潜在价值。这项研究表明CA有潜力成为一种标准有机酸MALDI基质广泛用于增强动/植物组织中HMW蛋白质MSI分子成像,拓展人们对于HMW蛋白质组织空间分布形式的系统认识。

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该项研究工作得到国家自然科学基金(31770384、21605164)、中央民族大学双一流学科建设项目(Yldxxk201819)、国家民委中青年英才培养计划项目(10301-0190040110)等资助。学院2020级博士研究生刘海强、2018级硕士研究生韩曼曼和李金铭为该论文的共同第一作者,这也是学院第一次在分析化学顶级期刊《Analytical Chemistry》上发表封面文章。

王晓东教授是2015年我校引进的海外优秀人才,2018年入选国家民委中青年英才培养计划,博士生导师。主要从事质谱成像、蛋白质组学、代谢组学技术研发与应用工作。