一種基于有機鉑金屬大環的二維超分子聚合物

　　蛋白質磷酸化修飾是一類重要的翻譯后修飾，通過磷酸化/去磷酸化修飾調節細胞活性，參與多種生物過程。磷酸化修飾異常會導致多種疾病，包括癌癥或神經變性疾病，如阿爾茨海默病和帕金森病等。盡管通過對蛋白磷酸化過程的了解，能夠幫助我們理解人體生理和病理的發生過程，進一步可以將其轉化用于藥物開發和病理診斷。但是由于磷酸化蛋白質的豐度較低，導致分析復雜生物樣品的磷酸化較困難。在通常情況下，研究人員在進行質譜分析之前，都采用離子交換層析或親和捕獲層析，如通過金屬氧化物親和層析來富集消化的蛋白中的磷酸肽。然而，在這些富集的方法中存在分子間相互作用的固有局限性，導致在固液界面處存在位阻和擴散限制。此外，許多富集策略都涉及強酸性條件，這不利于富集穩定性較弱的磷酸化肽（如磷酸化組氨酸）。因而亟需開發可以在溫和條件下進行操作的新材料來用于磷酸化蛋白的富集。近日，華東師范大學楊海波教授課題組與東華大學聞瑾研究員課題組及澳大利亞悉尼大學Philip Gale教授課題組合作，開發了一種基于有機鉑金屬大環的二維超分子聚合物，將其作為富集材料實現了在中性條件下富集磷酸化蛋白。

　　研究人員首先通過結合金屬配位自組裝和后修飾的聚合反應，制備了一種新型的以有機鉑金屬大環為核心骨架的超分子聚合物。該超分子聚合物同時包含氫鍵和靜電相互作用等多種磷酸根識別位點，因此對磷酸化肽的結合具有較高的選擇性。值得一提的是，金屬環骨架上的多個正電荷使聚合物層與層之間，通過靜電排斥彼此分離，從而形成穩定且易于轉移的二維超分子聚合物（如圖1）。因此，有利于增加磷酸化肽與聚合物材料間的接觸面積，從而實現在水溶液中快速高效地捕獲磷酸化肽。通過簡單的水洗和離心即可方便地除去非磷酸化肽。

　　圖1. 二維超分子聚合物形貌。（a-b）TEM圖像,（c-d）HR-TEM圖像，（e-f）AFM 圖像，（g-h）HAADF-STEM圖像和相應的EDX圖像，（i）SAED圖案，（j）聚合物模擬圖。

　　同時，得益于聚合物核心骨架獨特的刺激響應性能（圖2）以及與磷酸化肽在響應前后的結合能力的巨大差異，該智能超分子聚合物可以實現對磷酸化肽有效的洗脫與釋放。基于該材料的富集方法，不僅能測試α-酪蛋白等標準蛋白，還能用于“真實的”復雜樣品（如脫脂牛奶）的測試。結果顯示，該超分子聚合物材料具有高的吸附容量（165 mg/g）和高回收率（88%），同時表現出優異的檢測靈敏度（2 fmol）和選擇性。

　　圖2. 二維超分子聚合物的刺激響應特性（a）及其對磷酸化肽的捕獲與釋放（b-d）。

　　該工作為設計磷酸化蛋白質組學富集材料的開發，開辟出了一條新的途徑。考慮到其溫和的捕獲和洗脫條件，該工作為酸不穩定的磷酸化肽的富集與分析提供了新思路。該工作發表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的通訊作者是悉尼大學Philip Gale教授、華東師范大學楊海波教授及東華大學聞瑾研究員，第一作者是悉尼大學陳麗君博士。