Conformational Characterization of Calmodulin by Hydrogen Deuterium Exchange Mass Spectrometry
Aplikace | 2011 | WatersInstrumentace
Konformace proteinů je zásadní pro jejich biologickou funkci a stabilitu, zejména u bioterapeutik, kde změny struktury mohou výrazně ovlivnit účinnost a bezpečnost. Metoda výměny vodíku za deuterium spojená s hmotnostní spektrometrií (HDX-MS) umožňuje sledovat dynamiku a změny strukturní ochrany na úrovni celého proteinu i jednotlivých peptidů. Díky vysokému rozlišení a rychlému průběhu analýz je HDX-MS cenným nástrojem pro detailní charakterizaci konformace proteinů v průmyslové i výzkumné praxi.
Cílem studie bylo porovnat konformaci bovinního kalmodulinu ve stavu bez vázaného vápníku (apo) a se vázaným vápníkem (holo) za použití HDX-MS. Práce ukazuje globální (intakt protein) i lokální (peptidová) HDX přístupy, včetně online peptidové digesce, a demonstruje schopnost systému odhalit jemné změny ve struktuře při různých časech značení deuteriem.
Protein byl připraven v pufru HEPES (pH 7,40) s/bez 50 µM Ca2+. Označení probíhalo 20-násobným ředěním do 99,99 % D2O pufru (pD 7,40) po časech 10 s, 1, 10, 60 a 240 min, následovalo rychlé zkyselení na pH 2,50 (0 °C) a okamžitá injekce do HDX Manageru. Globální HDX se prováděl analýzou intaktního proteinu, lokální HDX zahrnoval online digesci v pepsinovém sloupci, rychlou UPLC separaci při 0 °C (gradient 3–40 % organiky za 7 min) a akvizici MS E dat na Xevo QTof MS. Data byla zpracována v PLGS pro určení peptidů a kvantifikaci deuteria.
Globální HDX ukázalo vyšší míru deuterace u apo kalmodulinu ve srovnání s kompaktnější holo formou, což koresponduje se strukturou získanou krystalografií/NMR. Lokální analýza dosáhla 94 % sekvenčního pokrytí peptidů s opakovatelnými separacemi. Vybrané peptidové křivky odhalily významné změny deuterace v regionech vážících Ca2+, zatímco další oblasti zůstaly nezměněny. Výsledky byly vizualizovány jako barevné mapy na 3D modelech, čímž se potvrdila lokalizace konformačních modulací.
Očekává se další integrace HDX-MS s vyšším rozlišením hmotnostních spektrometrů, automatizovanými platformami a pokročilými výpočetními metodami (modelování, strojové učení) pro rychlejší a přesnější interpretaci dat. Rozšíření aplikací na komplexní proteiny, jejich komplexy a multifunkční bioterapeutika dále zvýší dopad HDX-MS v oblasti strukturální biologie a farmaceutického vývoje.
Demonstrace nanoACQUITY UPLC s HDX Technology a Xevo QTof MS potvrdila výkonnou a robustní platformu pro sledování konformace proteinů na celkovém i peptidovém stupni. Metoda přináší cenné informace o dynamice a strukturní ochraně, které jsou klíčové pro výzkum a vývoj biopharma produktů.
LC/TOF, LC/HRMS, LC/MS, LC/MS/MS
ZaměřeníProteomika
VýrobceWaters
Souhrn
Význam tématu
Konformace proteinů je zásadní pro jejich biologickou funkci a stabilitu, zejména u bioterapeutik, kde změny struktury mohou výrazně ovlivnit účinnost a bezpečnost. Metoda výměny vodíku za deuterium spojená s hmotnostní spektrometrií (HDX-MS) umožňuje sledovat dynamiku a změny strukturní ochrany na úrovni celého proteinu i jednotlivých peptidů. Díky vysokému rozlišení a rychlému průběhu analýz je HDX-MS cenným nástrojem pro detailní charakterizaci konformace proteinů v průmyslové i výzkumné praxi.
Cíle a přehled studie
Cílem studie bylo porovnat konformaci bovinního kalmodulinu ve stavu bez vázaného vápníku (apo) a se vázaným vápníkem (holo) za použití HDX-MS. Práce ukazuje globální (intakt protein) i lokální (peptidová) HDX přístupy, včetně online peptidové digesce, a demonstruje schopnost systému odhalit jemné změny ve struktuře při různých časech značení deuteriem.
Použitá instrumentace
- nanoACQUITY UPLC System s HDX Technology (HDX Manager, Binary Solvent Manager, Auxiliary Solvent Manager)
- Xevo QTof MS s ESI+ ionizací
- Software MassLynx 4.1 a ProteinLynx Global SERVER (PLGS)
Použitá metodika
Protein byl připraven v pufru HEPES (pH 7,40) s/bez 50 µM Ca2+. Označení probíhalo 20-násobným ředěním do 99,99 % D2O pufru (pD 7,40) po časech 10 s, 1, 10, 60 a 240 min, následovalo rychlé zkyselení na pH 2,50 (0 °C) a okamžitá injekce do HDX Manageru. Globální HDX se prováděl analýzou intaktního proteinu, lokální HDX zahrnoval online digesci v pepsinovém sloupci, rychlou UPLC separaci při 0 °C (gradient 3–40 % organiky za 7 min) a akvizici MS E dat na Xevo QTof MS. Data byla zpracována v PLGS pro určení peptidů a kvantifikaci deuteria.
Hlavní výsledky a diskuse
Globální HDX ukázalo vyšší míru deuterace u apo kalmodulinu ve srovnání s kompaktnější holo formou, což koresponduje se strukturou získanou krystalografií/NMR. Lokální analýza dosáhla 94 % sekvenčního pokrytí peptidů s opakovatelnými separacemi. Vybrané peptidové křivky odhalily významné změny deuterace v regionech vážících Ca2+, zatímco další oblasti zůstaly nezměněny. Výsledky byly vizualizovány jako barevné mapy na 3D modelech, čímž se potvrdila lokalizace konformačních modulací.
Přínosy a praktické využití metody
- Odhalení jemných změn ve struktuře proteinů v reálných podmínkách
- Lokalizace rozdílů na úrovni peptidů a mapování na 3D strukturu
- Minimální zpětná výměna deuteria díky 0 °C běhu a rychlé separaci
- Vysoká reproducibilita a možnost automatizace pro vysokoprůchodové analýzy
- Podpora vývoje a kontroly kvality bioterapeutik v průmyslové praxi
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekává se další integrace HDX-MS s vyšším rozlišením hmotnostních spektrometrů, automatizovanými platformami a pokročilými výpočetními metodami (modelování, strojové učení) pro rychlejší a přesnější interpretaci dat. Rozšíření aplikací na komplexní proteiny, jejich komplexy a multifunkční bioterapeutika dále zvýší dopad HDX-MS v oblasti strukturální biologie a farmaceutického vývoje.
Závěr
Demonstrace nanoACQUITY UPLC s HDX Technology a Xevo QTof MS potvrdila výkonnou a robustní platformu pro sledování konformace proteinů na celkovém i peptidovém stupni. Metoda přináší cenné informace o dynamice a strukturní ochraně, které jsou klíčové pro výzkum a vývoj biopharma produktů.
Reference
- Engen JR. Analysis of Protein Conformation and Dynamics by Hydrogen/Deuterium Exchange MS. Anal. Chem. 2009;81(18):7870–7875.
- Wales TE, Fadgen KE, Gerhardt GC, Engen JR. High-Speed and High-Resolution UPLC Separation at Zero Degrees Celsius. Anal. Chem. 2008;80(17):6815–6820.
- Zhu MM, Rempel DL, Zhao J, Giblin DE, Gross ML. Probing Ca2+-Induced Conformational Changes in Porcine Calmodulin by H/D Exchange and ESI-MS: Effect of Cations and Ionic Strength. Biochemistry. 2003;42(50):15388–15397.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Hydrogen deuterium exchange mass spectrometry for the masses
2020|Thermo Fisher Scientific|Technické články
WHITE PAPER 65872 Hydrogen deuterium exchange mass spectrometry for the masses Executive summary Determining the shape and dynamics of proteins and protein complexes is crucial to understanding protein function and the roles proteins play in biological systems. Traditional techniques employed…
Klíčová slova
hdx, hdxdeuterium, deuteriumprotein, proteinumb, umbexchange, exchangeproteins, proteinsconformational, conformationalhydrogen, hydrogenstructures, structuresholo, holoppeptide, ppeptidettid, ttidcan, canuptake, uptakeumber
LOCALIZED CONFORMATION ANALYSES OF MUTATED HUMAN IgG1 BY HYDROGEN DEUTERIUM EXCHANGE MASS SPECTROMETRY AND DIFFERENTIAL SCANNING CALORIMETRY
2013|Waters|Postery
LOCALIZED CONFORMATION ANALYSES OF MUTATED HUMAN IgG1 BY HYDROGEN DEUTERIUM EXCHANGE MASS SPECTROMETRY AND DIFFERENTIAL SCANNING CALORIMETRY Joomi Ahn 1, Xiaojun Lu2, Colette Quinn3, St John Skilton1, Ying Qing Yu1, and Jihong Wang2 1 Waters Corporation, 2 MedImmune, 3TA Instruments…
Klíčová slova
mutated, mutatedpeptide, peptidedeuterium, deuteriumhdx, hdxconformational, conformationaluptake, uptakedynamx, dynamxdeuteration, deuterationchanges, changesplgs, plgscontrol, controlmhp, mhpsite, siteuptakes, uptakesdeuterated
Probe the protein conformation using top-down hydrogen exchange mass spectrometry at higher resolution with electron transfer dissociation
2024|Thermo Fisher Scientific|Postery
Poster # P-I-0178 Probe the protein conformation using top-down hydrogen exchange mass spectrometry at higher resolution with electron transfer dissociation Yuqi Shi1, Graeme McAlister1, Rosa Viner1, 1Thermo Fisher Scientific, San Jose, CA Abstract Results Purpose: Study protein, protein/complex conformations by…
Klíčová slova
etd, etddeuterium, deuteriumscrambling, scramblinghdx, hdxincorporation, incorporationtop, topdown, downascend, ascendamino, aminobottom, bottomwere, werebiology, biologyedition, editioncalmodulin, calmodulinlevel
ACQUITY UPLC M-Class System with HDX Technology
2016|Waters|Ostatní
ACQUITY UPLC M-Class System with HDX Technology Integration of Hydrogen Deuterium Exchange with High Resolution MS QUANT IF Y CHANGES IN P ROT EIN CONFORMAT ION W IT H CONFIDENC E The Waters ® ACQUITY UPLC ® M-Class System with…
Klíčová slova
hdx, hdxuplc, uplcdeuterium, deuteriumenzymate, enzymateprotein, proteinacquity, acquitywaters, watersclass, classconformat, conformatexchange, exchangechanges, changessyst, systpegylated, pegylatedproceeds, proceedspepsin