Streamlined Analysis of Synthetic Peptides with Non-Standard Amino Acid Chemistry

Význam tématu

Peptidy s nestandardními aminokyselinami a modifikacemi představují klíčový nástroj v designu nových léčiv a bioaktivních molekul. Jejich analýza vyžaduje přizpůsobit software pro fragmentaci, aby bylo možné spolehlivě identifikovat a lokalizovat neobvyklé postranní řetězce i netypické vazby.

Cíle a přehled studie

Studie představuje vývoj a aplikaci metodiky pro rychlou a automatizovanou analýzu syntetických peptidů, včetně GLP-1 analogů a peptoidů, pomocí nástroje ExDViewer. Hlavními cíli jsou:

• Ukázat využití editoru stavebních bloků a modifikací pro definici nestandardních aminokyselin a posttranslačních úprav.
• Vyvinout a demonstrovat vlastní pravidla pro fragmentaci (ECD i CID) neobvyklých peptidů.
• Ověřit výkon na reálných datech syntetických peptidů s unikátními chemickými vlastnostmi.

Použitá instrumentace

• Agilent 6545XT AdvanceBio LC/Q-TOF MS s ExD buňkou pro elektron capture dissociation (ECD)
• Software ExDViewer verze 4.6.26
• Peptoid CID data z Molecular Foundry (Michael Connolly)
• Peptoid ECD data z University of the Pacific (Jianhua Ren)

Použitá metodika

• Definice vlastních stavebních bloků peptoidů (N-substituted glycin) a modifikací (např. mastné kyseliny u tirzepatidu) v editoru ExDViewer.
• CID fragmentace pro standardní b/y ionty, využitá u zkušebních i neznámých peptoidních vzorků s kaliprovacím nástrojem pro de novo sekvenování.
• ECD fragmentace s přizpůsobenými pravidly pro c/z ionty u peptoidů, která reflektují postranní řetězce na dusíku páteře.
• Vizualizace iontových párů, iontových trojic a graf intenzit fragmentů pro optimalizaci podmínek (kolizní energie, doplnění sodíku apod.).

Hlavní výsledky a diskuse

• Peptoidní CID analýza prokázala konzistentní fragmentační vzorce b/y iontů, což umožnilo identifikaci až 10 ze 11 stavebních bloků v neznámých hrubých vzorcích.
• V ExDViewer byly implementovány vlastní fragmentační pravidla, díky nimž lze plně automatizovat anotaci peptoidních ECD spekter – první takový případ v literatuře.
• Úplné pokrytí sekvence a vysoká komplementarita iontů (zlaté páry b/c, y/z, trojice a/b/c) bylo dosaženo u GLP-1 analogů (liraglutid, semaglutid, tirzepatid).
• Konfigurace mastné kyseliny u tirzepatidu byla spolehlivě lokalizována na lyzinu, potvrzeno ECD fragmentem c202+ a doprovodnými ionty.
• Automaticky generované grafy intenzit fragmentů umožnily rychlé vyhodnocení vhodných kolizních energií a kvality fragmentačních metod.

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazné zrychlení analýzy syntetických peptidů s nestandardními residui oproti manuální anotaci.
• Možnost spolehlivě identifikovat a lokalizovat modifikace citlivé na podmínky fragmentace.
• Užitečné v laboratořích zabývajících se vývojem peptidových terapeutik, QA/QC i výzkumných úkolech v průmyslové analytice.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další rozšíření knihovny stavebních bloků o nové neproteinogenní aminokyseliny a chemické modifikace.
• Integrace s LIMS a platformami pro hromadné zpracování dat s využitím AI.
• Podpora dalších režimů fragmentace a hybrydních technik (UVPD, ETD) pro komplexnější charakterizaci.
• Automatizované workflow pro rychlý screening peptidových knihoven v rané fázi vývoje léčiv.

Závěr

ExDViewer verze 4.6.26 přináší flexibilní prostředí pro definici vlastních stavebních bloků a fragmentačních pravidel, což zajišťuje efektivní a plně automatizovanou analýzu jak peptoidů, tak GLP-1 analogů. Metoda nabízí vysokou důvěru při lokalizaci modifikací a je připravena pro nasazení v komerčních i akademických laboratořích.

Reference

1. Bogdanov B., Zhao X., Robinson D.B., Ren J. Electron Capture Dissociation Studies of the Fragmentation Patterns of Doubly Protonated and Mixed Protonated-Sodiated Peptoids. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2014;25(7):1202–1216.
2. Comprehensive Characterization of Multiple GLP-1 Analogs Using an Agilent 6545XT AdvanceBio LC/Q-TOF with ECD and Agilent ExDViewer software. Agilent Technologies Application Note, 5994-7994EN, 2025.
3. Identification of Amino Acid Isomers Using Electron Capture Dissociation in the Agilent 6545XT AdvanceBio LC/Q-TOF System. Agilent Technologies Application Note, 5994-7506EN, 2024.