CN102721734A

CN102721734A - 多肽内二硫键的定位方法

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Publication number: CN102721734A
Application number: CN2012102141927A
Authority: CN
Inventors: 康旭; 宓鹏程; 马亚平; 袁建成
Original assignee: Hybio Pharmaceutical Co Ltd
Current assignee: Hybio Pharmaceutical Co Ltd
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2032-06-27
Also published as: CN102721734B

Abstract

本发明涉及一种多肽结构的测定方法，尤其是一种定位多肽内二硫键连接结构的方法，包括以下步骤：1）将待测多肽与二硫苏糖醇在高温下孵育，加入TCEP反应，分离得到部分还原产物；2）将部分还原产物与碘乙酰胺在高温下反应，使二硫键断开部位的巯基烷基化；分离得到烷基化的部分还原产物；3）将烷基化的部分还原产物与二硫苏糖醇反应，使烷基化的部分还原产物中所有二硫键断开；4）用基质辅助激光解吸电离-飞行时间质谱和电喷雾-四极杆-飞行时间质谱检测分析，定位二硫键连接结构；本发明的多肽内二硫键的定位方法，采用部分还原法联合MS/MS定位多肽内二硫键，操作简便，效率较高，结果准确。

Description

多肽内二硫键的定位方法

技术领域

本发明涉及一种多肽结构的测定方法，尤其涉及多肽内二硫键的定位方法。

背景技术

当一条多肽链中含有多个半胱氨酸且形成多对二硫键时，其侧链巯基可能有多种连接方式，如何确定巯基的配对方式是多肽研究领域非常重要的一项技术。在已发表的文献和专利中，多肽内二硫键的定位主要有以下几种方法：1）酶切法、2）对角线电泳法、3）部分还原结合Edman降解法，Edman降解测序，该方法费时、费力，且分析结果不稳定。4）X射线晶体衍射法、5）二维核磁法等，而部分还原法联合MS/MS进行多肽内二硫键定位的方法还未见报道。

发明内容

本发明提供一种定位多肽内二硫键连接结构的方法，包括以下步骤：

1）制备部分还原产物：将待测多肽与二硫苏糖醇在高温下孵育10-60min,优选20-40min，加入TCEP反应5-60min,优选20-30min；分离得到部分还原产物；

2）制备烷基化的部分还原产物：将部分还原产物与碘乙酰胺在高温下反应5-60min，优选10-20min，使二硫键断开部位的巯基烷基化；分离得到烷基化的部分还原产物；

3）断开所有二硫键：将烷基化的部分还原产物与二硫苏糖醇在45-55℃反应5-60min，优选20-30min，使烷基化的部分还原产物中所有二硫键断开；

4）：用基质辅助激光解吸电离-飞行时间质谱和电喷雾-四极杆-飞行时间质谱，采用纳喷技术结合碰撞诱导解离方法对断开所有二硫键的烷基化多肽进行检测分析，根据氨基酸被烷基化的情况以及多肽的以及一级结构定位二硫键连接结构；

所述的高温指35-75℃，优选55-65℃。

步骤1）制备部分还原产物：

所述的待测多肽是指肽链内具有二硫键结构的多肽；这些“部分还原产物”有一对、二对、三对……或更多对二硫键被还原；之所以称为“部分还原产物”是由于测定所需要的产物不是完全被还原或完全未被还原的多肽，而是只有部分被还原的多肽，二硫键是处于断开的状态，比如多肽中含有3对二硫键，部分还原产物为一对二硫键或二对二硫键被还原的产物，部分被还原的产物是指2种物质，而不包括三对二硫键全部被还原的产物，也不包括一对都未还原的多肽原始结构。

实践中发现，控制待测多肽处于部分还原状态是技术难点，本领域的技术人员难以掌握其中的诀窍。申请人研究发现，控制待测多肽完全被还原而处于部分被还原的状态，需要控制还原剂的用量和反应时间。所以经过申请人经过创造性的劳动确定影响还原的因素如下：

待测多肽与二硫苏糖醇的用量质量比为：1:2-1:4。申请人发现二硫苏糖醇可以将包裹在空间结构内部的二硫键打断。

所述的孵育是指在一定温度条件下进行反应的过程，是实现二硫键断裂的过程。

待测多肽与三羧乙基磷（TCEP）的用量质量比为：2:1-4:1。

控制TCEP的用量，从而达到部分还原的效果，为后续测定提供3对、2对及1对二硫键被还原的产物。本发明联合应用二硫苏糖醇与TCEP，该方法可以将包裹在多肽空间结构内的二硫键打开，同时通过控制还原剂的量和反应时间，又保证其二硫键不会被全部还原。

当反应能够符合测量目的后，可以采用三氟乙酸（TFA）终止反应，待测多肽与三氟乙酸的用量质量比为：30:1-10:1

分离反应产物优选采用色谱法，更有选采用高效液相色谱法，即采用HPLC。比如：采用HPLC法分离得到二硫键断开的部分还原产物， HPLC分离体系可以为：A相：0.1-0.2%TFA，B相：ACN。

每断开一对二硫键，原样分子量增加2Da（Da是分子量单位道尔顿），所有部分还原产物可以经质谱确认。

步骤2：部分还原产物烷基化

部分还原产物量未知，无法计算与碘乙酰胺用量比，经过申请人摸索发现，当每100μL部分还原产物加入20-30μL 1.0M碘乙酰胺溶液时可实现本发明的技术效果。故碘乙酰胺的用量可以根据反应规模进行换算。

申请人检测烷基化的部分还原产物与碘乙酰胺具有一定的量比关系，质量比为：1:2-1:3。

当反应能够符合测量目的后，可以采用三氟乙酸（TFA）终止反应，待测多肽与三氟乙酸的用量质量比为：1:200-1:300

分离反应产物优选采用色谱法，更有选采用高效液相色谱法，即采用HPLC。比如：采用HPLC法分离。

每个巯基与碘乙酰胺完成烷基化反应后，分子量增加116 Da，烷基化的部分还原产物可以经质谱确认。

本发明通过控制碘乙酰胺的用量，保证烷基化的反应完全，同时，又不会残留过多碘乙酰胺，对后续反应产生影响。

步骤3：断开所有二硫键

3）断开所有二硫键：将烷基化的部分还原产物与二硫苏糖醇在高温下反应5-60min，优选20-30min，使烷基化的部分还原产物中所有二硫键断开；

烷基化的部分还原产物与二硫苏糖醇的用量质量比为：1:2-1:3。

步骤4：采用串联质谱（MS\MS）测序

利用基质辅助激光解吸电离-飞行时间质谱（MALDI-TOF）和电喷雾( 四极杆-飞行时间质谱（ESI-Q-TOF）两种质谱仪采用纳喷技术结合碰撞诱导解离（Nano）方法对二硫键全部打开的烷基化多肽进行检测分析，根据氨基酸被烷基化的情况分析二硫键形成的位点。

本发明采用MALDI-TOF和ESI-Q-TOF具有以下优势：1）这两种质谱对分子量的测定具有互补性，MALDI-TOF适合检测1000-6000范围内物质，ESI-Q-TOF适合检测2000以下的物质。2）这两种的电离强度较低，可以较好的保持多肽结构的完整性。以上两个优势，可以使检测结果更加准确。

本发明的多肽内二硫键的定位方法，采用部分还原法联合MS/MS定位多肽内二硫键，操作简便，效率较高，结果准确。

附图说明：

图1：实施例1待测多肽样品一级结构

图2：待测多肽经过部分还原后的RP-HPLC分离图谱

图3：N色谱峰洗脱液质谱图

图4：A色谱峰洗脱液质谱图

图5：B色谱峰洗脱液质谱图

图6：R色谱峰洗脱液质谱图

图7：A峰烷基化RP-HPLC分离图谱

图8：峰A洗脱液烷基化后质谱检测结果

图9：B峰烷基化RP-HPLC分离图谱

图10：峰B洗脱液烷基化后质谱检测结果

图11：烷基化的A峰洗脱液经全部还原后质谱（MS）检测结果

图12：烷基化的B峰洗脱液经全部还原后质谱（MS）检测结果

图13：全部还原的烷基化A峰洗脱液MS/MS图谱

图14：全部还原的烷基化B峰洗脱液MS/MS图谱

图15：两对二硫键断开并烷基化产物序列

图16：一对二硫键断开并烷基化产物序列

图17：待测多肽结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

为了充分说明本发明的技术方案，举例定位一条由30个氨基酸（其中有6个半胱氨酸相互形成二硫键）组成的多肽(分子量3140)中二硫键的连接方式,其一级结构如图1所示。

第一步、待测多肽样品二硫键部分还原

将2mg的样品加100μL 0.5M DTT溶液（pH6.5）孵育30min(60℃),加10 μL TCEP（0.2M）溶液，60℃反应20 min,加0.2%TFA水溶液 50 μL终止反应。在美国Waters公司 515HPLC上分离，分离柱为Kromasil 250*4.6mm C18柱，分离梯度如下：

时间(min)	流速(mL/min)	A%（0.1% TFA/H ₂O）	B%（0.1% TFA/H ₂O）
				0	1	80	20
40	1	60	40
				41	1	5	95
50	1	5	95

部分还原RP-HPLC分离图谱如图2所示。取N,A,B,R四个峰进行质谱鉴定分子量如下：

N：3140 A：3144

B：3142 R：3146

N、A、B、R色谱峰洗脱液质谱图，如图3、图4、图5、图6所示。

通过质谱分析可知：N为未被还原的待测多肽肽； A的分子量较N多了4Da，表明3对二硫键中2对被TCEP还原形成游离半胱氨酸残基，尚有2个半胱氨酸残基仍通过二硫键连接；B的分子量较N多了2Da，表明3对二硫键中1对被TCEP还原形成游离半胱氨酸残基，尚有4个半胱氨酸残基仍通过二硫键连接；R的分子量较N多了6个Da，表明3对二硫键全部被还原。

根据上述分析，如果能够定位A峰中仍以二硫键连接的2个半胱氨酸残基的位置，以及B峰中被还原的2个半胱氨酸残基的位置，便可确定待测多肽3对二硫键的连接方式。

实施例2：

第二步、使A峰和B峰未成环的半胱氨酸巯基烷基化

将A峰冻干样品与50μl含1.0M的碘乙酰胺溶液60℃反应10min，加0.2%TFA水溶液 100 μl终止反应，上美国Waters公司 515HPLC分离，梯度如前，色谱图如图7所示。

收集10.14min洗脱峰，采用MALDI-TOF质谱鉴定，其分子量为3376（见图8）。

质谱测定结果表明保留时间为10.14min的色谱峰的分子量较未烷基化前A峰分子量多了232Da，表明确为4个半光氨基酸残基被烷基化修饰。

将B峰冻干样品与50μl含1.0M的碘乙酰胺溶液60℃反应10min，加0.2%TFA水溶液 100 μl终止反应，上美国Waters公司 515HPLC分离，梯度如前，色谱图如图9所示。

收集10.312min洗脱峰，采用MALDI-TOF质谱鉴定，其分子量为3258（见图10）。

质谱测定结果表明保留时间为10.312min色谱峰的分子量较未烷基化前B峰分子量多了116Da，表明确为2个半光氨基酸残基被烷基化修饰。

实施例3：

第三步：将多肽链中所有二硫键断开（全部还原）

将烷基化的部分还原产物与1M二硫苏糖醇（DTT）在50℃下反应20min，使多肽链中所有二硫键全部断开，反应后取样进行质谱鉴定。

质谱测定结果表明烷基化的A峰洗脱液反应后分子量为3378，比反应前多了2Da，表明有一对二硫键断开（见图11）。

质谱测定结果表明烷基化的B峰洗脱液反应后分子量为3262，比反应前多了4Da，表明有两对二硫键断开（见图12）。

实施例4：

第四步：采用串联质谱（MS\MS）测序

测序在Bruck生物质谱工作站上进行，N₂极光器,加速电压为20000V,检测电压为165000V，激光波长为337nm，阳离子工作模式，基质为CCA的饱和溶液，基质溶解液为50%乙晴和50%的溶有0.1%TFA的双蒸水，将全部还原的烷基化的A、B峰洗脱液与基质（1:19）混合后点样于点样盘上，室温下自然风干后进行测定。

肽段经Q-TOF二级质谱分析后得到MS/MS图谱（见图13、14）。

用Bruck生物质谱工作站自带的软件进行分析，分析结果显示全部还原的烷基化的A峰洗脱液的多肽序列如图15。

全部还原的烷基化的B峰洗脱液的多肽序列如图16：

由以上结果可以推断，1号位和4号位Cys通过二硫键相连，2号位和5号位Cys通过二硫键相连，3号位和6号位Cys通过二硫键相连，该肽的结构如图17。

综上所述，用以上方法定位含有多对二硫键的多肽二硫键形成方式原理清晰、操作简便、测试效率高、结果准确、应用广泛，是一种较先进的二硫键定位方法。

Claims

1.一种多肽内二硫键的定位方法，包括以下步骤：

1）制备部分还原产物：将待测多肽与二硫苏糖醇在高温下孵育10-60min,加入TCEP反应5-60min,分离得到部分还原产物；

2）制备烷基化的部分还原产物：将部分还原产物与碘乙酰胺在高温下反应5-60min，使二硫键断开部位的巯基烷基化；分离得到烷基化的部分还原产物；

3）断开所有二硫键：将烷基化的部分还原产物与二硫苏糖醇在高温下反应5-60min，使烷基化的部分还原产物中所有二硫键断开；

所述的高温指35-75℃。

2.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）中的待测多肽与二硫苏糖醇的用量质量比为：1:2-1:4。

3.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）中的待测多肽与TCEP的用量质量比为：2:1-4:1。

4.一种如权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤1）中的待测多肽与TCEP的用量质量比为：2:1-4:1。

5.一种如权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于：步骤2）中的部分还原产物与碘乙酰胺的用量比为每100μL部分还原产物加入20-30μL 1.0M碘乙酰胺溶液。

6.一种如权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于：步骤2）中的烷基化的部分还原产物与二硫苏糖醇的用量质量比为：1:2-1:3。

7.一种如权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤2）中的烷基化的部分还原产物与二硫苏糖醇的用量质量比为：1:2-1:3。