Establishing a Decision Tree for Native Mass Spectrometry Analysis of Membrane Proteins in Complex Membrane Mimetics

Postery | 2023 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
LC/Orbitrap, LC/HRMS, LC/MS/MS, LC/MS
Zaměření
Proteomika
Výrobce
Thermo Fisher Scientific

Význam tématu


Membránové proteiny se podílejí na klíčových buněčných funkcích a tvoří přibližně 60 % farmaceutických cílů. Jejich analýza ve stavu co nejbližším nativnímu vyžaduje jemné prostředí mimetických systémů, které zachovávají jejich strukturu a funkci. Native mass spectrometry (nMS) nabízí rychlou a citlivou charakterizaci, avšak náročnost různých mimetik – detergentů, nanodisků a SMALP – vyžaduje promyšlený přístup.

Cíle a přehled studie / článku


Cílem bylo vytvořit rozhodovací strom pro výběr vhodné strategie nMS analýzy membránových proteinů v komplexních mimetikách. Autoři demonstrovali kombinaci online buffer exchange-nMS (OBE-nMS) pro detergenty a nanodisky s metodami charge detection MS a proton transfer charge reduction (DIA-PTCR) pro SMALP. Studie zahrnuje různé typy membránových proteinů, včetně GPCR, transportérů a kanálů.

Použitá metodika a instrumentace


Pro analýzu byly využity tyto přístroje a techniky:
  • Online buffer exchange-nMS s UHPLC Thermo Scientific Vanquish Flex, kolona NativePac OBE-1 a přímé napojení na Thermo Scientific Q Exactive UHMR Hybrid Quadrupole-Orbitrap s ExD buňkou
  • Direct Mass Technology mode: přímá infuze s Thermo Scientific Nanospray Flex a Q Exactive UHMR s ExD buňkou pro přesné stanovení molekulové hmotnosti
  • DIA-PTCR: datově nezávislý sběr s proton transfer charge reduction na Thermo Scientific Orbitrap Ascend Tribrid

Hlavní výsledky a diskuse


1. Detergenty (OBE-nMS)
  • Rychlé tříminutové screeningové rozlišení membránového proteinu od nevolatilních složek
  • Optimalizace mobilní fáze: 200 mM ammonium-acetát (AmAc) pro základní profil a AmAc + LDAO pro redukci náboje
  • Test GPCR: C8E4 vedlo ke ztrátě signálu, DDM způsobil vysoké pozadí, LDAO vykázal žádoucí charge reduction
2. Nanodisky (OBE-nMS)
  • Při 200 mM AmAc zůstávají nanodisky neporušené, umožňují stanovit celkovou hmotnost (~240 kDa pro AqpZ či AmtB)
  • Silnější desolvatace může částečně disociovat komplex na monomery scaffold proteinu
3. SMALP (charge detection MS a DIA-PTCR)
  • Ensemble MS vykazuje široký m/z pás od 4 000 do 16 000
  • Direct Mass Technology zobrazuje profil hmotností protein-SMALP komplexu, korelující s SEC-MALS
  • DIA-PTCR odhaluje skryté nábojové stavy a usnadňuje dekonvoluci lipidové hmoty (rozmeze 700–750 Da)
4. Heterogenní GPCR komplexy (Direct Mass Technology)
  • Dva různé dávky ukázaly odlišné složení komplexu (Gα, Gβγ, Nb35) s molekulovými hmotnostmi ~140–175 kDa
  • Porovnání s cryo-EM potvrdilo platnost detekovaných stavů

Přínosy a praktické využití metody


  • Rychlý a automatizovaný screening membránových proteinů v různých mimetikách
  • Minimální ztráty a vysoká věrnost nativního stavu analyzovaných komplexů
  • Možnost volby vhodné analytické strategie podle molekulové hmotnosti a typu mimetika

Budoucí trendy a možnosti využití


  • Integrace nMS s dalšími strukturálními metodami (cryo-EM, NMR) pro komplexní charakterizaci
  • Vývoj nových mimetických systémů a přizpůsobených mobilních fází
  • Automatizace rozhodovacího stromu a adaptivní sběr dat v reálném čase

Závěr


Navržený rozhodovací strom kombinuje OBE-nMS, Direct Mass Technology a DIA-PTCR pro komplexní analýzu membránových proteinů v detergentech, nanodiscích a SMALP. Tento přístup zvyšuje rychlost, spolehlivost a rozšiřuje aplikovatelnost nativní hmotnostní spektrometrie v biochemickém a farmaceutickém výzkumu.

Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.

PDF verze ke stažení a čtení
 

Podobná PDF

Development of Mass Spectrometry Grade Membrane Protein Standard
Novel XL-MS analysis workflows for membrane protein characterization
Thermo Scientific Q Exactive UHMR Hybrid Quadrupole-Orbitrap mass spectrometer
Thermo Scientific Q Exactive UHMR Hybrid Quadrupole-Orbitrap mass spectrometer
2018|Thermo Fisher Scientific|Brožury a specifikace
Orbitrap Ascend Structural Biology Tribrid mass spectrometer
Orbitrap Ascend Structural Biology Tribrid mass spectrometer
2024|Thermo Fisher Scientific|Brožury a specifikace