Proteiner är cellens arbetsbin, går huvudsakligen ihop för att bilda makromolekylära, multikomponentkomplex för att utföra komplicerade cellulära uppgifter.

Att försöka karakterisera sådana proteinkomplex och alla deras funktioner inom organismer är en disciplin som kallas "proteomik". Historiskt sett, forskare har studerat formen och funktionen av proteiner genom att lösa upp dem med enzymer och sekvensera de resulterande små trasiga bitarna, kallas peptider. Men att studera proteiner på det här sättet orsakar förlust av mycket viktig information, säger Brandon Ruotolo, en docent i kemi vid University of Michigan.

Ruotolo och hans team, inklusive forskare från UCLA, University of Leeds och University of Antwerpen, har utvecklat ett nytt sätt att studera proteinkomplex som inte involverar att förstöra de intakta sammansättningarna i processen. Deras metod har publicerats i tidskriften Analytisk kemi .

"Proteiner är de viktigaste drivkrafterna för i stort sett alla kritiska cellulära processer - allt från celldelning till celldöd, ", sade Ruotolo. "De dominerar också drogmål på grund av deras centrala betydelse i livets sammanhang som vi känner det. Förstå hur dessa proteiner fungerar, kompositionsmässigt, på en mycket grundläggande nivå, är mycket viktigt för att förstå hur sjukdomar fungerar."

Både den traditionella metoden och Ruotolos metod använder en enhet som kallas en masspektrometer, som mäter vikten, eller massa, av joniserade molekyler genom att dra in molekylerna i ett vakuum. I det traditionella tillvägagångssättet, efter att forskare har brutit ner proteinkomplex till peptider, de använder en teknik som kallas elektrosprayjonisering för att ge dessa peptider en elektrisk laddning. Masspektrometern mäter sedan massan av dessa laddade peptider, och bryter ner dem ytterligare med hjälp av en bakgrundsgas.

Men att använda enzymer för att smälta proteiner gör det svårt att förstå rollen av mindre kemiska enheter som ackumuleras på proteiner, kallas post-translationella modifieringar. Varje gång din cell uttrycker ett protein, det kan också producera hundratals av dessa individuella post-translationella modifieringstillstånd, gemensamt kallade proteoformer, säger Ruotolo.

Det är arrangemanget av dessa proteoformer inom proteinkomplex som ofta bestämmer deras funktion. I traditionella metoder för att studera proteinkomplex, dessa proteoformer går förlorade.

"De viktigaste drivkrafterna och skakarna i cellen är inte enskilda proteiner som springer runt och gör jobb - det är faktiskt dussintals proteiner som går samman för att bilda supermolekylära komplex som gör mycket komplicerade jobb i cellen, " sa Ruotolo. "Nu, den verkliga uppgiften är att förstå hur dessa stora maskiner fungerar."

Ruotolos team använder elektrosprayjonisering för att jonisera intakta proteinkomplex. Liksom de peptider som vanligtvis analyseras i proteomikstudier, dessa multiproteinkomplex kan sekvenseras med en masspektrometer, men det är ofta inte möjligt att sekvensera något mer än en liten del av sammansättningens struktur. Ruotolos team har utvecklat en strategi för kemisk modifiering som avsevärt förbättrar förmågan att sekvensera stora, multiproteinkomplex direkt genom masspektrometri.

"Detta är viktigt eftersom i masspektrometern, du har anslutning mellan startproteoformen och sekvensjonerna, " sa Ruotolo. "I den enzymatiska matsmältningen, att anslutningen är bruten."

I sin studie, Ruotolos team utvecklade sin metod med hjälp av tre olika proteinkomplex. De hoppas kunna anpassa sin metod för att kunna studera större proteinkomplex, många gånger så stor som de i deras studie.

"Jag tror att vi lär oss varje dag att även en klass av cancer, som leukemi, består faktiskt av många olika sjukdomar, "Sa Ruotolo. "De typer av mätningar vi utvecklar kommer bara att öka vår förmåga att observera den granulariteten och tillhandahålla information som förhoppningsvis kan informera förmågan att upptäcka nya terapier."

Gruppen har också publicerat en artikel i Analytisk kemi detaljprogramvara, som tagits fram i samarbete med forskare vid institutionen för beräkningsmedicin och bioinformatik vid U-M. Mjukvaran kan snabbt fånga sekvensinformation från proteinkomplex.