LC/MS, LC/MS/MS, LC/TOF, LC/HRMS
ZaměřeníFarmaceutická analýza
VýrobceWaters
Význam tématu
Analýza a mapování trávených produktů single-guide RNA (sgRNA) je klíčová pro ověření kvality a funkční integrity molekul používaných v CRISPR-Cas9 technologiích. Detailní charakterizace štěpných fragmentů pomocí LC-MS a pokročilých bioinformatických nástrojů umožňuje spolehlivé sledování přesnosti sekvence, rozhodujícího parametru pro výzkum i klinické aplikace v oblasti genové editace.
Cíle a přehled studie / článku
Cílem studie bylo představit validovatelný a plně sledovatelný pracovní postup pro oligo mapování trávených produktů sgRNA. Workflow zahrnuje enzymatickou přípravu s ribonukleázou RapiZyme MC1, akvizici dat pomocí UPLC-MSE na hmotnostním spektrometru Xevo MRT a automatizovanou analýzu v prostředí waters_connect s aplikacemi MAP Sequence a CONFIRM Sequence.
Použitá metodika a instrumentace
Enzymatické trávení:
- RapiZyme MC1 při 30 °C po dobu 30 minut
- 50 µM sgRNA standard v pufru 200 mM NH₄OAc, pH 8,0
Chromatografie a hmotová spektrometrie:
- UPLC: ACQUITY Premier Oligonucleotide BEH C18 (2,1×150 mm, 1,7 µm), 70 °C, 400 µL/min
- Eluce gradientem 0,1% DIPEA/1% HFIP ve vodě a 0,0375% DIPEA/0,075% HFIP v 65% acetonitrilu
- Injektovaná objem: 5 µL, teplota vzorku 8 °C
- MS: Xevo MRT (MRT-TOF QTOF), ESI(-), MSE režim, akviziční rychlost 2 Hz, rozlišení ~100 000, hmotnostní rozsah m/z 50–4000
Bioinformatika:
- Platforma waters_connect verze 4.1.0.17
- mRNA Cleaver MicroApp verze 1.1.0 pro in silico štěpení
- MAP Sequence App verze 1.0 pro přiřazení monoisotopických hmot
- Coverage Viewer MicroApp verze 2.0.0 pro vizualizaci pokrytí sekvence
- CONFIRM Sequence App pro rozlišení izomerů na základě MS² fragmentace
Hlavní výsledky a diskuse
Pomocí RapiZyme MC1 a Xevo MRT bylo dosaženo 100% unikátního pokrytí sekvence 100-mer sgRNA standardu na základě sub-ppm přesností monoisotopických hmot. Multi-odražková technologie umožnila vysokou citlivost, rychlost a rozlišení. Automatizovaná analýza v MAP Sequence App rychle identifikovala trávené produkty a CONFIRM Sequence App úspěšně rozlišila strukturální izomery díky 100% pokrytí MS² fragmentace.
Přínosy a praktické využití metody
- Spolehlivé ověření integrity a identity sgRNA
- Podpora regulované dokumentace díky integrované informatikě
- RapiZyme MC1 umožňuje generovat překrývající se fragmenty pro kompletní pokrytí
- Rozlišení izomerních sekvencí v jednoznačné varianty
- Zrychlení a automatizace datové analýzy pro vysokou propustnost
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekává se rozšíření pracovního postupu na mapování modifikací mRNA a dalších terapeutických oligonukleotidů. Integrace umělé inteligence pro pokročilé vyhodnocení fragmentačních dat a online monitorování kvality v reálném čase by mohla dále zvýšit efektivitu a spolehlivost QC procesů v biotechnologickém průmyslu.
Závěr
Popsaný workflow kombinuje špičkovou instrumentaci a sofistikovanou bioinformatiku k dosažení úplného a jednoznačného mapování trávených produktů sgRNA. Přístup nabízí vysokou přesnost, plnou sledovatelnost a významně zrychluje analýzu, což je klíčové pro výzkum i průmyslové nasazení CRISPR technologií.
Reference
- Jinek M, Chylinsky K, Fonfara I, Hauer M, Doudna JA, Charpentier E. A Programmable Dual-RNA-Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity. Science. 2012;337:816–821.
- Jiang F, Doudna JA. CRISPR-Cas9 Structures and Mechanisms. Annu Rev Biophys. 2017;46:505–529.
- Ganbaatar U, Liu C. CRISPR-Based COVID-19 Testing: Toward Next Generation Point of Care Diagnostics. Front Cell Infect Microbiol. 2021;11:663949.
- Waters Corporation. LC-MS Analysis of siRNA, Single Guide RNA and Impurities using the BioAccord System with ACQUITY Premier System and New Automated INTACT Mass Application. Application Note. 2022;720007546.
- Goyon A, Scott B, Kurita K, et al. Full Sequencing of CRISPR/Cas9 Single Guide RNA (sgRNA) via Parallel Ribonuclease Digestions and Hydrophilic Interaction Liquid Chromatography High-Resolution Mass Spectrometry Analysis. Anal Chem. 2022;93:14792–14801.
- Waters Corporation. RNA Digestion Product Mapping Using an Integrated UPLC-MS and Informatics Workflow. Application Note. 2024;720008553.
- Waters Corporation. Tunable Digestion of RNA Using RapiZyme RNases to Confirm Sequence and Map Modifications. Application Note. 2024;720008539.
- Waters Corporation. Oligo Mapping of mRNA Digests Using a Novel Informatics Workflow. Application Note. 2025;720008677.
- Waters Corporation. Analysis of mRNA Cap Impurity Profiles and Capping Efficiency Using RapiZyme MC1 Ribonuclease. Application Note. 2025;720008793.
- Grunberg S, Wolf EJ, Jin J, et al. Enhanced Expression and Purification of Nucleotide-specific Ribonucleases MC1 and Cusativin. Protein Expr Purif. 2022;190:105987.
- Thakur P, Atway J, Limbach PA, Addepalli B. RNA Cleavage Properties of Nucleobase-Specific RNase MC1 and Cusativin Are Determined by the Dinucleotide-Binding Interactions in the Enzyme-Active Site. Int J Mol Sci. 2022;23:7021.
- Waters Corporation. CONFIRM Sequence: A Waters_connect Application for Sequencing of Synthetic Oligonucleotide and Their Impurities. Application Note. 2022;720007677.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.