蛋白质选择性分离富集新技术研究

The effective isolation of low abundant proteins from complex sample matrixes is one of the bottle neck in proteomics analysis, thus the present project will focus on the development of novel protein separation and preconcentration protocols, as detailed in the following: .1) the functionalization of graphene oxide, or the preparation of metal/metal oxide-graphene composites, which endow selective binding to specific protein species and further for their preconcentration; .2) to elucidate the binding and recognition of proteins by metal oxide clustrs, and to develop the selective adsorption of proteins; .3) to investigate the regulation of three-dimensional structure and biocompatibility of phosphate based on various metal species, in order to provide selective binding of proteins of interest and their mild separation and preconcentration; .4) the functionalization of ionic liquids and their selective adsorption toward proteins, and the development of protein sensing protocols based on ionic liquid-protein interactions and the relationship between ionic liquid structure and its spectroscopic properties; .5) using DNA/RNA library as a new type of broad spectrum affinity reagent for the enrichment of low abundant proteins in highly complex sample;.6) to establish "homogeneous reaction" based enrichment system with soft matter as a new type of supporting material, based on which to develop enrichment-labeling combined strategy for the preconcentration of glycoproteins/glycopeptides and their identification;.7) to elucidate the mechanisms of interactions between proteins and the above mentioned materials or systems, and based on which to guide further development of novel selective separation and preconcentration systems for proteins.

复杂基体样品系统中低丰度蛋白质的有效分离富集是蛋白质组学研究的瓶颈，为此拟进行下列研究：1）将氧化石墨烯功能化，或制备金属/金属氧化物-石墨烯复合物，赋予其对特定蛋白质的选择性结合与富集能力；2）研究多金属氧簇在空间结构上与蛋白质的结合及识别作用，探索蛋白质的选择性结合；3）控制基于不同金属主体的金属磷酸盐的三维结构及其生物相容性，实现其对特定蛋白质的可控选择性结合以及温和萃取分离富集；4）研究离子液体的功能化及对蛋白质的选择性分离富集。依据离子液体-蛋白质相互作用及结构-光谱性能关系，探索蛋白质定量传感新方法；5）以核酸文库为广谱亲和剂，对低丰度蛋白质进行规模化富集和鉴定；6）建立基于"软物质"载体的"均相反应"富集体系，实现富集-标记相结合的糖蛋白（肽）富集与鉴定；7）研究目标蛋白质与相关材料或载体的相互作用，揭示蛋白质吸附机理，为建立新型的选择性蛋白质分离富集体系提供理论指导。

本项目对生物大分子（蛋白质、肽）分离富集、蛋白质的分析传感以及蛋白质在水/离子液体之间的两相传质行为、蛋白质组学的相关分析方法进行了深入研究，取得了一系列创新性研究成果，主要包括：1) 探索了一系列基于碳纳米结构的新型分离富集载体（金属有机骨架-氧化石墨烯复合物、离子液体-石墨烯复合物、氧化石墨烯-支链淀粉三维骨架结构、石墨烯-水合氧化铁复合物等）与蛋白质之间的相互作用。基于这些相互作用，实现了对某些特定蛋白质的选择性吸附与分离富集；2) 系统研究了一系列新型多金属氧簇结构（以及金属磷酸盐）作为新型吸附载体与蛋白质的相互结合及识别作用（包括基于表面结合和空间结构上的识别作用），探索了血红蛋白、乳球蛋白、富含组氨酸蛋白、肌球蛋白及其S1片段等蛋白的选择性分离富集；3) 深入研究了离子液体的功能化及其与蛋白质的相互作用及在特定蛋白质选择性分离富集中的应用；4) 为消除固相萃取中固液界面的传质阻力和空间位阻对富集反应效率的抑制，提出了基于可溶性环境响应载体的均相反应富集新策略，通过调节温度或pH值，准确控制富集载体的溶解性，显著提高N-糖肽的富集效率；5) 基于上述分离富集新体系研究了蛋白质与相关吸附载体间的相互作用，揭示了吸附机理；6) 基于液芯波导技术，探索了蛋白质在水/离子液体界面之间的两相传质行为，为进一步研究建立新型选择性蛋白质分离富集体系提供指导；7) 探索了原位细胞膜糖蛋白糖链标记和荧光成像，发展了可视化蛋白质分离富集技术，并探索研究了细胞成像分析技术；结合量子点的荧光性能，并依据离子液体-蛋白质相互作用及结构-光谱性能的关系，探索发展了蛋白质定量传感的新方法。. 基于本项目的研究发表SCI论文114篇，申请国家发明专利3项（授权1项）。项目执行期间项目负责人获得国际流动注射分析科学奖（FIA Award for Science）1项。. 依托本项目的研究，培养了一支在生物大分子分离富集及相关领域的研究队伍，同时建立了广泛的国际合作关系。