研究方向
【研究简报】JACS 细胞内质谱结合紫外光解离技术揭示细胞内蛋白异质性
质谱学的价值体现：
突破传统蛋白质质谱分析依赖体外纯化的局限，发展了感应式电喷雾电离（iESI）与193 nm真空紫外光解离（UVPD）联用的活细胞直接进样策略。通过交流高压诱导超快电穿孔效应，实现细胞膜瞬时微孔化与胞内蛋白的无损释放、原位电离及气相微分离；结合单脉冲UVPD高分辨结构解析，首次实现了无需纯化与前处理的完整活细胞蛋白构象异质性原位质谱研究，有效规避了传统纯化流程导致的天然构象失真。
通过诱导电喷雾电离（iESI）获得的细胞内CaM的构象集合示意图
在本工作中，研究团队通过诱导电喷雾离子化装置，成功实现了大肠杆菌细胞内高表达钙调蛋白的原位离子化及质谱直接检测。实验结果显示，胞内钙调蛋白存在多种构象共存的现象，并且与纯化蛋白相比，胞内钙调蛋白展现出更高丰度的伸展构象。这一发现揭示了细胞内蛋白质构象的真实状态，也验证了UVPD-TDMS技术在胞内蛋白分析中的独特优势。
团队进一步利用UVPD-TDMS技术对不同Ca2+结合变体的构象进行了深入分析。研究发现，Ca2+的结合能力受到蛋白质构象的调控，紧凑构象相比伸展构象具有更高的Ca2+结合能力。此外，Ca2+的结合位点偏好性也受到构象的影响。这些发现不仅为理解细胞内蛋白质的功能调控提供了新的视角，也展示了UVPD-TDMS技术在解析蛋白质构象异质性方面的强大能力。
此次研究不仅成功开发出UVPD-TDMS技术，还提出了胞内蛋白原位TDMS表征的新概念。通过对质量和电荷分布的精确选择，实现了胞内蛋白变体和构象特异性的UVPD-TDMS分析。同时，团队还展示了a-、x-、c-、z-光解离特征碎片在表征变体构象异质性方面的独特优势。
相关研究成果以“In-Cell Mass Spectrometry and Ultraviolet Photodissociation Navigates the Intracellular Protein Heterogeneity”为题，近日在《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)上发表。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及大连化物所创新基金等项目的资助。第一作者：杨诗蕊，侯壮豪，刘哲益；通讯作者：黄光明，王方军
素材来源：中国科学院大连化学物理研究所
Yang S, Hou Z, Liu Z, et al. In-Cell Mass Spectrometry and Ultraviolet Photodissociation Navigates the Intracellular Protein Heterogeneity. J Am Chem Soc. 2025;147(6): 4714-4719.