LC/MS, LC/MS/MS, LC/Orbitrap, LC/HRMS
ZaměřeníProteomika
VýrobceThermo Fisher Scientific
Význam tématu
Crosslinkingová hmotnostní spektrometrie (XL-MS) se stala klíčovou metodou pro zjišťování vyšších struktur proteinů a mapování interakcí protein–protein (PPI) v rozsahu celého proteomu. Díky MS-štěpitelným crosslinkerům jako DSSO a DSBSO lze v MS/MS získat charakteristické fragmnetní ionty, které zvyšují důvěryhodnost identifikace vzácných crosslinkovaných peptidů. V praxi to otevírá možnost detailního studia komplexních biologických systémů, například ribozomů či velkých proteinových komplexů.
Cíle a přehled studie
Cílem studie bylo vyvinout a optimalizovat end-to-end workflow pro XL-MS s MS-štěpitelnými crosslinkery DSSO a DSBSO na platformě Orbitrap Astral Zoom MS. Autoři porovnali různé kolizní energie, akviziční režimy (top N vs. top speed) a délky LC gradientů (20, 30, 60 min), a to na vzorcích E. coli ribozomů a smíšeného proteinového komplexu složeného z 64 lidských proteinů. Vyhodnocena byla citlivost, průchodnost (throughput) a kvalita spekter.
Metodika
- Příprava vzorků: Crosslinkování E. coli ribozomů a 64 proteinového mixu s DSSO/DSBSO, následná redukce, alkylace, trypsinová digesce.
- Obohacení DSBSO: Bio-ortogonální zachycení na DBCO magnetických perličkách, odmytí nezkřížených peptidů.
- Chromatografie: Vanquish Neo UHPLC se 75 µm × 25 cm EASY-Spray kolonkou; gradienty 20/30/60 min.
- MS akvizice: MS1 v Orbitrap, MS2 v Astral (Astral MS2) nebo Orbitrap (OT MS2); FAIMS třípolový režim.
- Optimalizace SCE: dvoukrokové a tříkrokové stepped collision energy režimy (např. SCE 25–32).
- Data analysis: Proteome Discoverer 3.2 s XlinkX node 3.2, MS1 tolerance 10 ppm, MS2 tolerance 20 ppm, FDR 1 % na úrovni crosslinků.
Použitá instrumentace
- Orbitrap Astral Zoom hmotnostní spektrometr (Thermo Scientific)
- FAIMS Pro Duo rozhraní
- Vanquish Neo UHPLC systém s EASY-Spray kolonkou
- Proteome Discoverer 3.2 s XlinkX node 3.2
- Předúprava vzorků: Spin kolony pro desalting, BCA a fluorometrické stanovení koncentrace
Hlavní výsledky a diskuse
- Dvou-krokový režim SCE 25–32 přinesl až o 10 % více crosslinků než tříkrokové nastavení; top N režim zvýšil počet crosslinků o 5 % oproti top speed.
- Orbitrap Astral Zoom MS za kombinace MS1 Orbitrap/MS2 Astral identifikoval o 113 % více DSSO crosslinků (217 vs. 102) a o 57 % více DSBSO crosslinků (165 vs. 105) ve srovnání s klasickou OT MS1/MS2 akvizicí.
- Při 20min LC gradientu dosáhl Zoom MS stejných počtů crosslinků jako OT MS s 60min gradientem, čímž trojnásobně zvýšil throughput.
- Citlivost: Při poměru 1:10 (lidské proteiny vs. E. coli) detekoval Astral Zoom o 53 % více crosslinků a lidské crosslinky byly identifikovány až při poměru 1:50.
- Astral MS2 spektra poskytla vyšší počet sekvenčních fragmentů a zvýšila XlinkX skóre (z 79,9 na 101,3) a pokrytí sekvencí.
Přínosy a praktické využití metody
Optimalizované workflow umožňuje rychlé a citlivé mapování PPI sítí v komplexních biologických vzorcích. Bio-ortogonální obohacení DSBSO zvyšuje detekci nízkoodběrových crosslinkovaných peptidů, což posouvá hranice proteomických aplikací v nativním prostředí buněk.
Budoucí trendy a možnosti využití
- Dále zkracovat analýzy a zvyšovat throughput s využitím rychlých Astral Zoom akvizic.
- Rozšířit portfolio bio-ortogonálních affinitních značek a automatizovat obohacení.
- Vývoj pokročilých algoritmů pro exploataci vlastností MS-štěpitelných crosslinkerů.
- Masové nasazení v mapování PPI sítí a strukturním proteomickém výzkumu.
Závěr
Orbitrap Astral Zoom MS v kombinaci s DSSO a DSBSO přináší výrazné zlepšení v počtu i kvalitě crosslinkových identifikací, vyšší průchodnost a citlivost analýzy. Tato platforma významně přispívá k detailnímu chápání proteinových interakcí a struktur v proteomu.
Reference
- Lenz S, Sinn LR, O’Reilly FJ, Fischer L, Wegner F, Rappsilber J. Reliable identification of protein-protein interactions by crosslinking mass spectrometry. Nat Commun. 2021;12(1):3564.
- Kao A et al. Development of a novel cross-linking strategy for fast and accurate identification of cross-linked peptides of protein complexes. Mol Cell Proteomics. 2011;10(1):M110.002212.
- Kaake RM et al. A new in vivo cross-linking mass spectrometry platform to define protein-protein interactions in living cells. Mol Cell Proteomics. 2014;13(12):3533–3543.
- Clasen MA, Ruwolt M, Wang C et al. Proteome-scale recombinant standards and a robust high-speed search engine to advance cross-linking MS-based interactomics. Nat Methods. 2024;21(12):2327–2335.
- Combe CW et al. xiVIEW: Visualization of Crosslinking Mass Spectrometry Data. J Mol Biol. 2024;436(17):168656.
- Stieger CE, Doppler P, Mechtler K. Optimized Fragmentation Improves the Identification of Peptides Cross-Linked by MS-Cleavable Reagents. J Proteome Res. 2019;18(3):1363–1370.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.