LINEÁRNÍ IONTOVÁ PAST A JEJÍ APLIKACE V PROTEOMICKÉ ANALÝZE

Význam tématu

Lineární iontové pasti představují moderní platformu hmotnostní spektrometrie umožňující vysokou citlivost, široký dynamický rozsah a možnosti vícenásobných MSn experimentů. Tyto vlastnosti jsou klíčové pro analýzu komplexních biologických vzorků v proteomice, kde je nutné detekovat a charakterizovat proteiny v nízkých koncentracích s vysokou přesností.

Cíle a přehled studie

Cílem článku je představit principy fungování lineárních (2D) iontových pastí, porovnat je s tradičními 3D iontovými pastmi a ukázat jejich aplikace v proteomické analýze. Studie shrnuje teoretická východiska, praktické výsledky i možnosti integrace s dalšími MS analyzátory (FT-ICR, Orbitrap) a technikami MALDI.

Použitá metodika a instrumentace

V publikaci jsou diskutovány následující přístrojové konfigurace:

• 3D iontová past Finnigan LCQ
• Lineární 2D iontová past Finnigan LTQ
• Hybridní systémy LTQ-FT (FT-ICR) a LTQ-Orbitrap
• MALDI za sníženého tlaku (vMALDI) v kombinaci s LTQ

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza porovnání 2D a 3D iontových pastí ukázala:

• Vyšší efektivitu záchytu iontů u 2D (50–70 %) oproti 3D (~5–70 %) a nižší diskriminaci podle m/z.
• Výrazně vyšší kapacitu spektrálního prostorového náboje u 2D (až o řád) umožňující vyšší dynamický rozsah.
• Možnost rychlejšího skenování nebo dosažení vyššího rozlišení bez nutnosti průměrování skenů.
• V proteomice poskytuje LTQ oproti LCQ rychlejší analýzy (2× kratší doba), obdobný počet identifikovaných proteinů a vyšší kvalitu dat (vyšší Sequest Consensus score).
• Hybridní spojení s FT-ICR a Orbitrapem přináší kombinaci MSn experimentů s extrémně vysokým rozlišením (>100 000) a přesností určování hmotnosti (pod 1 ppm).
• vMALDI-LTQ umožňuje rychlou a citlivou MS/MS analýzu peptidů z gelových a tekutých frakcí.

Přínosy a praktické využití metody

Lineární iontové pasti a jejich hybridní konfigurace nabízejí:

• Vylepšenou citlivost pro detekci nízkokoncentrovaných proteinů.
• Rozšířený dynamický rozsah a schopnost detekce širokého spektra m/z signálů.
• Flexibilitu vícenásobných MSn experimentů pro detailní fragmentační analýzu.
• Rychlejší pracovní postupy a vyšší propustnost analytických dat.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje:

• Důslednější integrace iontových pastí s vysokorychlostními kapilárními LC technikami pro zvýšení efektivity proteomických workflow.
• Další zvyšování rozlišení a přesnosti hmotnostního určení v orbitrapových a FT-ICR systémech.
• Vývoj nových iontových fólií a zdrojů (vMALDI, nano-ESI) pro zvýšení citlivosti a rozšiřujících možností MSn.
• Automatizované platformy kombinující robotizaci vzorků s rychlými MS platformami pro vysokopropustné analýzy.

Závěr

Lineární iontové pasti představují významný pokrok v hmotnostní spektrometrii, který zlepšuje citlivost, dynamický rozsah a rychlost analýz v proteomice. Jejich hybridní kombinace s FT-ICR a Orbitrap analyzátory otevírá nové možnosti přesné a vysokorozlišovací analýzy. Další inovace v oblasti zdrojů ionizace a automatizace slibují ještě širší uplatnění v rutinních i výzkumných aplikacích.

Reference

1. Steane M.: Appl. Phys. B. 64, 623 (1997).
2. Prestage J. D., Tjoelker R. L., Maleki L.: TMO Progress Report 42-143 (2000).
3. Prestage J. D., Tjoelker R. L., Maleki L.: Proc. 1999 Joint EFTF/IEEE International Frequency Control Symposium, 121 (1999).
4. Dolnikowski G. G., Kristo M. J.: Int. J. Mass Spec. Ion Proc. 82, 1 (1988).
5. Senko M. W., Hendrickson C. L.: J. Am. Soc. Mass Spec. 8, 970 (1997).
6. Collings B. A., Campbell J. M.: Rapid Commun. Mass Spec. 15, 1777 (2001).
7. Cha B., Blades M. W.: Anal. Chem. 72, 5647 (2000).
8. Schwartz J. C., Senko M. W., Syka J. E. P.: J. Am. Soc. Mass Spec. 13, 659 (2002).
9. Bier M. E., Syka J. E. P.: US Patent 5,420,425 (1995).
10. Todd J. F. J.: Practical Aspects of Ion Trap Mass Spectrometry. Vol. III. CRC Press (1995).
11. March R. E.: J. Mass Spectrom. 32, 351 (1997).
12. Stafford G. Jr.: J. Am. Soc. Mass Spec. 13, 589 (2002).
13. Quarmby S. T., Yost R. A.: Int. J. Mass Spec. 190/191, 81 (1999).
14. Pegah R. J., Chhabil D.: Rapid Commun. Mass Spectrom. 18, 1877 (2004).
15. Bondarenko P. V., Chelius D., Shaler T. A.: Anal. Chem. 74, 4741 (2002).
16. Chelius D., Zhang T., Wang G., Shen R. F.: Anal. Chem. 75, 6658 (2003).
17. Bonilla L. E., Thakur R., Guzzetta A., Jaffe J. D.: AN 328, Thermo Electron Co. (2005).
18. Sutton J. N.: AN 344, Thermo Electron Co. (2005).
19. Griep-Raming J., Metelmann-Strupat W.: AN 30023, Thermo Electron Co. (2005).
20. Krutchinsky A. N., Kalkum M., Chait B. T.: Anal. Chem. 73, 5066 (2001).
21. Conaway P.-M.C.: ABRF 2005 Poster P64-S (2005).
22. Hardman M., Makarov A. A.: Anal. Chem. 75(7), 1699 (2003).
23. Qizhi Hu: J. Mass Spectrom. 40, 430 (2005).
24. Cooks Group Orbitrap Page, staženo 1.9.2005.