Accurate Collision Cross Sections From Traveling Wave Ion Mobility Measurements in Native Mass Spectrometry – A Structural Investigation of Cas9 Ribonucleoprotein Complexes

Aplikace | 2024 | WatersInstrumentace
Iontová mobilita, LC/HRMS, LC/MS, LC/MS/MS, LC/TOF
Zaměření
Farmaceutická analýza
Výrobce
Waters

Význam tématu



Ion mobility spektrometrie založená na traveling wave (TWIMS) je zásadní technikou pro získávání prostorových informací o biologických makromolekulách v jejich nativním stavu. Kolizní průřez (CCS) slouží jako kvantitativní ukazatel tvaru iontu a umožňuje sledovat konformace proteinů, agregaci či interakce s nukleovými kyselinami.

Cíle a přehled studie / článku



Cílem application note je představit snadno použitelné softwarové řešení IMScal pro kalibraci TWIMS na přístrojích Waters a přesné stanovení CCS hodnot. Experiment zahrnuje validaci kalibrace na standardních proteinech a následné měření CCS pro Cas9 endonukleázu a její ribonukleoproteinový komplex (RNP) se syntetickou průvodní RNA (sgRNA).

Použitá metodika a instrumentace



Kalibrace byla provedena pomocí standardního setu polyalaninových peptidů a bovinního sérového albuminu s referenčními CCS stanovenými na driftové hybnosti. Vzorky (streptavidin, concanavalin A, Cas9, sgRNA) byly připraveny v 200 mM roztoku acetátu amonného a analyzovány nanoselektrosprávou v režimu pozitivní ionizace. Pro měření CCS byly pořízeny jednopravé průchody cyklickým TWIMS separátorem.

Použitá instrumentace



  • Select Series Cyclic IMS mass spectrometer (Waters Corporation)
  • Nanolockspray zdroj s statickou jehlou
  • Software MassLynx™ v4.2 a Driftscope™ v3.0
  • Kalibrační nástroj IMScal s grafickým uživatelským rozhraním

Hlavní výsledky a diskuse



Ověření kalibrace na streptavidinu a concanavalinu A potvrdilo shodu CCS hodnot s referenčními daty v odchylce menší než 0,3 %. U Cas9 bylo naměřeno CCS 7893 ± 119 Å2, u sgRNA 2280 ± 13 Å2. Po inkubaci Cas9 s jednou sgRNA vznikl komplex s CCS 8573 ± 170 Å2, přičemž druhá vazba sgRNA vedla k novému komplexu o CCS 9891 ± 202 Å2. Výsledky naznačují, že první sgRNA se usazuje většinově v dutině proteinu, zatímco druhá může v in vitro podmínkách vázat méně specificky.

Přínosy a praktické využití metody



  • Rychlé a přesné stanovení CCS pro široké spektrum biomolekul
  • Vysoká kvalita dat s minimem nejednoznačností v nativní MS
  • Možnost detailního studia RNP komplexů klíčových pro vývoj genových terapií

Budoucí trendy a možnosti využití



  • Automatizace kalibrace a integrace s pokročilým zpracováním dat
  • Spojení s in silico modelováním pro hlubší strukturální analýzy
  • Rozšíření použití v QA/QC biofarmaceutik, zejména CRISPR/Cas systémů
  • Studium dynamiky a interakcí dalších biomolekulárních komplexů

Závěr



Implementace IMScal společně s vysoce výkonným Select Series Cyclic IMS přístrojem umožňuje spolehlivé a přesné měření kolizních průřezů v nativní hmotnostní spektrometrii. Metoda poskytuje cenné strukturální informace o Cas9 a jeho vazbě na sgRNA, čímž podporuje další rozvoj analytiky v oblasti genové terapie.

Reference



  1. Sahin C, Motso A, Gu X et al. Mass Spectrometry of RNA-Binding Proteins during Liquid–Liquid Phase Separation Reveals Distinct Assembly Mechanisms and Droplet Architectures. J Am Chem Soc. 2023;145(19):10659–68.
  2. Harrison JA, Pruška A, Bittner P et al. Advancing Cyclic Ion Mobility Mass Spectrometry Methods for Studying Biomolecules: Toward the Conformational Dynamics of Mega Dalton Protein Aggregates. Anal Chem. 2022;94(36):12435–43.
  3. Bush MF, Hall Z, Giles K et al. Collision Cross Sections of Proteins and Their Complexes: A Calibration Framework and Database for Gas-Phase Structural Biology. Anal Chem. 2010;82(22):9557–65.
  4. Richardson K, Langridge D, Giles K. Fundamentals of Travelling Wave Ion Mobility Revisited: I. Smoothly Moving Waves. Int J Mass Spectrom. 2018;428:71–80.
  5. Richardson K, Langridge D, Dixit SM, Ruotolo BT. An Improved Calibration Approach for Traveling Wave Ion Mobility Spectrometry: Robust, High-Precision Collision Cross Sections. Anal Chem. 2021;93(7):3542–50.
  6. Anders C, Niewoehner O, Duerst A, Jinek M. Structural basis of PAM-dependent target DNA recognition by the Cas9 endonuclease. Nature. 2014;513(7519):569–73.
  7. Sehnal D, Bittrich S, Deshpande M et al. Mol* Viewer: modern web app for 3D Visualization and Analysis of Large Biomolecular Structures. Nucleic Acids Res. 2021;49(W1):W431–7.
  8. Zheng X, Kurulugama RT, Laganowsky A, Russell DH. Collision-Induced Unfolding Studies of Proteins and Protein Complexes using Drift Tube Ion Mobility-Mass Spectrometer. Anal Chem. 2020;92(10):7218–25.

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

PDF verze ke stažení a čtení
 

Podobná PDF

Native Mass Spectrometry of Membrane Protein-Ligand Complexes Using the SELECT SERIES™ Cyclic™ IMS
AN IMPROVED CALIBRATION APPROACH FOR TRAVELLING WAVE ION MOBILITY SPECTROMETRY: ROBUST, HIGH-PRECISION COLLISION CROSS SECTIONS
Small Molecule Ion Mobility Investigations into Cross-platform and Long-term Robustness of a CCS Metric
Enhanced Identification Confidence and Specificity for PFAS Analysis Using Cyclic Ion Mobility Mass Spectrometry Collision Cross Sections