LC/HRMS, LC/MS, LC/MS/MS, LC/Orbitrap
ZaměřeníProteomika
VýrobceThermo 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.