Thermo Scientific Direct Mass Technology mode

Význam tématu

Přesné stanovení hmotnosti a náboje biomolekul je klíčové pro charakterizaci velkých proteinových komplexů, glykoproteinů a bioterapeutik. Tradiční hmotnostní spektrometrie se potýká s překrýváním nabitých stavů a omezenou rozlišovací schopností u heterogenních vzorků, což znesnadňuje analýzu. Direct Mass Technology mode přináší inovaci v podobě paralelního měření jednotlivých iontů, které umožňuje přímé určení hmotnosti z naměřených m/z a náboje, čímž rozšiřuje možnosti studia komplexních biologických systémů.

Cíle a přehled článku

Cílem článku je představit technologii Direct Mass Technology mode založenou na paralelním měření jednotlivých iontů v Orbitrap analyzátoru Q Exactive UHMR a ukázat její přínosy při analýze heterogenních proteinů, glykoform a bioterapeutik. Článek demonstruje workflow včetně akvizice dat, zpracování pomocí STORIboard a interpretace výsledků na několika příkladech: fetuin-A, etanercept a membránový protein AqpZ.

Použitá metodika a instrumentace

Metoda kombinuje měření frekvence rotace iontů v Orbitrap analyzátoru s paralelním sběrem dat o náboji pomocí STORI (Selective Temporal Overview of Resonant Ions). Surová data se zpracovávají softwarem STORIboard, který provádí kalibraci, korekci chyb a generuje spektrum v hmotnostní doméně.

Instrumentace

• Q Exactive UHMR Hybrid Quadrupole-Orbitrap mass spectrometer
• Direct Mass Technology mode pro paralelní měření jednotlivých iontů
• Software STORIboard pro zpracování a vizualizaci STORI dat

Hlavní výsledky a diskuse

• Vysoká rozlišovací schopnost a dynamický rozsah až 20× vyšší než u tradičních metod.
• Detekce hmotností v rozsahu do megadaltonů a m/z až 80 000.
• Detailní profil glykoform fetuin-A s více než dvojnásobným počtem jednoznačně přiřazených forem oproti standardní MS.
• Sledování membránového proteinu AqpZ v monomerní a tetramerní formě včetně izotopového rozlišení tetramerů.
• Charakterizace etanerceptu s vizualizací více než 100 unikátních glykoproteoform.

Přínosy a praktické využití metody

• Přímé stanovení hmotnosti eliminuje potřebu komplikované dekonvoluce spekter.
• Snížená množství nebo koncentrace vzorku díky vysoké citlivosti jednotlivých iontů.
• Možnost rychlého screeningu, identifikace nečistot a studia ligandového vázání v proteinech.
• Jednofázový workflow akvizice, zpracování a interpretace dat pro špičkovou analytiku v proteomice a QA/QC.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s pokročilými bioinformatickými nástroji pro hlubší proteoformní analýzy.
• Rozšíření pro studium komplexních biomolekulárních interakcí v buněčných extraktech a viromice.
• Vývoj mobilních a online platforem pro monitorování instrumentu a dat v reálném čase.
• Možnosti kombinace s dalšími separačními technikami pro multidimenzionální analýzu.

Závěr

Direct Mass Technology mode představuje významný krok vpřed v oblasti hmotnostní spektrometrie pro analýzu makromolekul. Paralelní měření jednotlivých iontů poskytuje vyšší rozlišení, dynamický rozsah i citlivost, což usnadňuje analýzu heterogenních proteinových komplexů, glykoproteinů a bioterapeutik. Široké možnosti aplikace a jednodušší workflow přispívají k efektivnějšímu výzkumu i kontrole kvality v biomedicínském i farmaceutickém průmyslu.

Reference

• Kafader et al., J. Am. Soc. Mass Spectrom. (2019) 30: 2200-2203.
• Lin et al., J. Proteome Res. (2018) 17: 2861-2869.
• AlphaFold3, databáze entry P02765.
• Wohlschlager et al., Nat. Commun. (2018) 9: 1713.