如何通过蛋白全长测序验证复杂异构体的存在?5步操作指南

    在蛋白表达系统中,即使来源于同一基因,所产生的蛋白质也可能因剪接变异、翻译起始差异、翻译后修饰或降解途径不同,形成多个结构相似但功能各异的蛋白质异构体(protein isoforms)。这些异构体广泛存在于天然蛋白中,尤其在抗体药物、融合蛋白及重组酶等生物制品开发过程中,其微小的结构差异可能对蛋白功能、稳定性和免疫原性产生重要影响。

     

    当前,质谱已成为解析蛋白结构和鉴定异构体的工具。在此基础上,蛋白质全长测序(de novo full-length protein sequencing)通过高覆盖度裂解、深度谱图采集及智能化拼接算法,实现了从一级结构层面对异构体的精确定性与区分。该方法无需参考数据库,可捕捉剪切、延伸、修饰等结构变化,是研究复杂异构体组成的有力手段。

     

    第一步:评估异构体验证的必要性

    在启动全长测序前,需判断是否具有开展异构体验证的价值与必要性。

    • 是否存在剪接体或翻译变体的可能性?(如选择性剪接、起始位点差异)

    • 是否在SDS-PAGE、SEC或常规质谱中观察到多条带或多个峰?

    • 是否有数据库注释或文献报道多个结构变体?

    • 是否怀疑存在功能差异或免疫原性差异?

    若具备上述因素,建议从一级序列出发进行直接验证。百泰派克生物科技提供数据库分析、结构预测和差异片段富集建议,辅助判断项目适配性。

     

    第二步:构建多酶裂解与高覆盖度测序策略

    异构体的关键差异多发生在:

    • N端或C端的延伸或截断

    • 可变区(如抗体J区、交联位点)

    • 翻译后修饰所致的微结构差异

    为全面覆盖上述区域,可采用多酶联用方案(如Trypsin、Glu-C、Asp-N、Chymotrypsin等),设计overlapping digestion策略,并结合预富集流程,提高检测灵敏度与解析分辨率。

     

    第三步:高分辨质谱+多碎裂模式识别异构特征

    异构体往往差异微小,需采用高性能质谱平台进行精确分析。推荐配置包括:

    • Orbitrap Eclipse或timsTOF Pro 2等高分辨仪器

    • 组合碎裂模式(HCD+ETD/EThcD),便于修饰识别与N/C端结构完整性分析

    • label-free定量模式,辅助判断各异构体相对丰度

    尤其在修饰与剪接结构共存的复杂样本中,多模式碎裂可显著提升结构解析能力。

     

    第四步:AI辅助de novo拼接与异构体重构

    利用AI驱动的de novo测序工具,可从MS/MS谱图中直接重构一级序列,规避数据库匹配的局限。主流算法包括:

    • PEAKS Studio X+

    • pNovo、DeepNovo

    建议对候选差异区域进行多版本拼接,识别残基替换、缺失、延伸或修饰,输出多个高置信度异构体模型,并建立与原型蛋白的结构比较。

     

    第五步:多维验证与功能关联分析

    确认异构体存在后,需从功能层面验证其生物学意义。推荐方法包括:

    • 合成特异肽段进行功能验证或结合抗体检测

    • RT-PCR或转录组测序验证是否来源于剪接异构体

    • Western blot结合专一性抗体区分异构体表达

    • 稳定性、活性和免疫原性差异检测,评估药物开发影响

     

    蛋白质异构体在药物开发与功能研究中扮演着复杂而关键的角色。蛋白全长测序通过无偏序列解析能力,配合多酶裂解、高分辨检测与AI拼接建模,为异构体的识别提供结构级解决方案。百泰派克生物科技在全长蛋白质测序与异构体分析方面具备成熟平台与丰富经验,已协助多家科研机构识别功能相关异构体结构,助力蛋白药研发与机制研究向更深层次推进。

     

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