Advancing native top-down MS analysis of non-covalent protein complexes: The Thermo Scientific Q Exactive UHMR mass spectrometer

Aplikace | 2018 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
LC/HRMS, LC/MS, LC/MS/MS, LC/Orbitrap
Zaměření
Proteomika
Výrobce
Thermo Fisher Scientific

Význam tématu


Native hmotnostní spektrometrie a top-down přístupy nabízejí jedinečnou možnost studia biologických makromolekul v jejich přirozeném složeném stavu. Umožňují zachovat nevazebné interakce protein-ligand i složité heteromerické komplexy, čímž přispívají k porozumění jejich struktuře, dynamice a funkci. Tyto metody se stávají nepostradatelné v oblasti strukturální proteomiky, farmaceutického výzkumu a vývoje biotechnologických produktů.

Cíle a přehled studie


Studie představuje technologické inovace v instrumentu Thermo Scientific Q Exactive UHMR umožňující native top-down pseudo-MS3 analýzu ne-kovalentních proteinových komplexů. Hlavními cíli byly: identifikovat vylepšení hardware a software, demonstrovat zachycení a fragmentaci velkých komplexů (GroEL, 20S proteasom, membránové proteiny AmtB a LmrP) a vyhodnotit citlivost, rozlišení a přesnost monoisotopické hmotnosti.

Použitá metodika a instrumentace


Využitá technologie: Hybridní kvadrupól-Orbitrap Thermo Scientific Q Exactive UHMR.
Klíčové modifikace:
  • In-source trapping: pulzní zachycení a řízená desolvace iontů v injekčním flatapolu.
  • Snížení RF frekvencí ve všech multipólech pro zvýšení přenosu vysokých m/z iontů.
  • Rozšířený rozsah kvadrupólu až do m/z 25 000.
  • Zvýšené energie HCD až na 300 V.
  • Optimalizace plynného tlaku a rychlosti rampy vysokého napětí v Orbitrapu.

Hlavní výsledky a diskuse


1. GroEL 14-mer: In-source trapping úspěšně rozložilo komplex na monomery, 13-mer a 12-mer. Pseudo-MS3 fragmentace monomeru odhalila 112 b a y iontů (21 % rozštěpů reziduí).
2. Rabbit 20S proteasom: Native MS1 ukázala čtyři heptamerické kruhy. MS2 s in-source trappingem identifikovala šest z 7 alfa subjednotek s isotopickým rozlišením (R=200 000). Pseudo-MS3 na izolovaném alfa-6 (16+) potvrdilo přesnou monoisotopickou hmotnost (<3 ppm) a sekvenční informace.
3. Membránový komplex AmtB: Efektivní odstranění detergentů in-source trappingem přineslo monomerní m/z rozdělovač a top-down sekvenování vedlo k 75 b/y iontům (19 % rozštěpů) s nízkoppm odchylkou.
4. Membránový transporter LmrP: Optimalizace desolvace umožnila uvolnění LmrP a top-down fragmentaci, což vedlo k identifikaci 104 b/y iontů (33 % rozštěpů).

Přínosy a praktické využití metody


Native top-down pseudo-MS3 na Q Exactive UHMR nabízí:
  • Vysokou citlivost při menším objemu vzorku.
  • Špičkové rozlišení a přesnost pro monomolekulární hmotu velkých komplexů.
  • Možnost studia heteromerických a membránových komplexů bez potřeby stabilizujícího přenosu do pevného stavu.
  • Rychlé získání sekvenčních informací z izolovaných subjednotek.

Budoucí trendy a možnosti využití


Očekává se další rozšíření hmotnostního rozsahu a citlivosti, vylepšená automatická izolace subjednotek a integrace s iontovou mobilitou. Kombinace s dalšími strukturálními metodami (kryo-EM, NMR) a využití v analýze biologických léčiv, kvalitativní kontrole a personalizované medicíně přinese nový vhled do dynamiky proteinových komplexů a jejich funkcí in vivo.

Závěr


Thermo Scientific Q Exactive UHMR posouvá hranice native MS a top-down analýzy díky technickým vylepšením, která umožňují studovat velké, nevazebné a membránové proteinové komplexy s vysokou citlivostí, rozlišením a hmotnostní přesností. Pseudo-MS3 přístupy otevírají cestu k detailnímu mapování sekvenčních informací a strukturní charakterizaci komplexních biologických systémů.

Reference


  • Belov M.E. a kol. Anal. Chem. 2013, 85(23), 11163–11173.
  • Ben-Nissan G. a kol. Anal. Chem. 2017, 89(8), 4708–4715.
  • van de Waterbeemd M. a kol. Nat. Methods 2017, 14(3), 283–286.
  • Fort K.L. a kol. Analyst 2017, 143(1), 100–105.
  • Viner R. a kol. IMSC 2018, Florence, WPS-S01.

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

PDF verze ke stažení a čtení
 

Podobná PDF

Advances in Orbitrap Instrumentation for Native Top-Down Analysis of Non-Covalent Protein Complexes
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
Thermo Scientific Q Exactive UHMR Hybrid Quadrupole-Orbitrap mass spectrometer - PRODUCT SPECIFICATIONS
A Novel Instrumental Strategy for Parallel Reaction Monitoring of Intact Proteins with an Orbitrap Analyzer