Crosslinking mass spectrometry (XL-MS) goes mainstream
Technické články | 2018 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
Crosslinking mass spectrometry (XL-MS) představuje moderní instrumentální přístup k zachycení protein-protein interakcí přímo v blízkosti přirozeného fyziologického stavu. Na rozdíl od rentgenové krystalografie, cryo-EM či NMR vyžaduje minimum materiálu, nevyžaduje extrémní čistotu vzorku a umožňuje studium jak pevných, tak vysoce přechodných komplexů. Díky prostorovým omezením vázacích reagentů vytváří vzdálenostní mapy vazebných míst a přispívá k pochopení funkčních mechanismů molekulárních strojů v buňce.
Cílem bílého dokumentu je představit XL-MS jako plnohodnotný a standardizovaný workflow od vývoje MS-cleavable crosslinkerů (DSSO, DSBU), přes nové možnosti fragmentací (CID, HCD, ETD/EThcD) až po speciální software (XlinkX, Proteome Discoverer). Dokument demonstruje, jak překonat technické překážky ve vzorku, akvizici i analýze dat a ukazuje praktickou uplatnitelnost v proteomově širokých i cílených experimentech.
Workflow vychází z bottom-up proteomiky:
MS-cleavable linkery umožňují v MS2 generovat diagnostické fragmenty, které usnadňují odlišení křížových peptidů od nekřížových. Cílené MS3 sekvenování zvyšuje spolehlivost identifikací. Kombinované fragmentace ETD/EThcD navyšují pokrytí sekvence a zlepšují identifikaci obtížných vazeb. SPS-MS3 výrazně zlepšuje kvantitativní přesnost TMT experimentů a minimalizuje interference koeluujících iontů. Software XlinkX redukuje výpočetní složitost vyhledávání z n^2 na lineární růst, čímž zrychluje analýzu i zvyšuje výtěžnost identifikací.
Očekává se širší rozšíření multiplexních kvantitativních přístupů (QMIX) pro simultánní sledování více podmínek, integrace s dynamickými technikami (HDX, native MS) a aplikace v reálném čase pro mapování kompletního interaktomu. Další vývoj softwaru a automatizace workflow přispěje k praktickému využití v farmaceutickém výzkumu i rutinní QA/QC analytice.
XL-MS dnes představuje mainstreamovou metodu pro studium protein-protein interakcí i strukturální dynamiky proteinových komplexů. Kombinace MS-cleavable reagentů, pokročilé fragmentační technologie a specializovaného softwaru umožňuje rychlou, citlivou a kvantitativní analýzu komplexních biologických vzorků v přirozeném stavu.
LC/HRMS, LC/MS, LC/MS/MS, LC/Orbitrap
ZaměřeníProteomika
VýrobceThermo Fisher Scientific
Souhrn
Význam tématu
Crosslinking mass spectrometry (XL-MS) představuje moderní instrumentální přístup k zachycení protein-protein interakcí přímo v blízkosti přirozeného fyziologického stavu. Na rozdíl od rentgenové krystalografie, cryo-EM či NMR vyžaduje minimum materiálu, nevyžaduje extrémní čistotu vzorku a umožňuje studium jak pevných, tak vysoce přechodných komplexů. Díky prostorovým omezením vázacích reagentů vytváří vzdálenostní mapy vazebných míst a přispívá k pochopení funkčních mechanismů molekulárních strojů v buňce.
Cíle a přehled studie
Cílem bílého dokumentu je představit XL-MS jako plnohodnotný a standardizovaný workflow od vývoje MS-cleavable crosslinkerů (DSSO, DSBU), přes nové možnosti fragmentací (CID, HCD, ETD/EThcD) až po speciální software (XlinkX, Proteome Discoverer). Dokument demonstruje, jak překonat technické překážky ve vzorku, akvizici i analýze dat a ukazuje praktickou uplatnitelnost v proteomově širokých i cílených experimentech.
Použitá metodika
Workflow vychází z bottom-up proteomiky:
- In vivo i in vitro křížové vázání proteinů pomocí DSSO či DSBU
- Enzymatická digestace na peptidy
- Obohacení křížových peptidů (enrichment)
- Separační LC-MS akvizice s využitím MS2 a MSn (CID, HCD, ETD, EThcD)
- Quantitativní značení TMT a synchronní výběr fragmentů (SPS-MS3) pro přesnou kvantifikaci
- Data processing pomocí uzpůsobeného algoritmu XlinkX integrovaného do Proteome Discoverer
Použitá instrumentace
- Orbitrap Fusion Tribrid hmotový spektrometr
- MS-cleavable crosslinkery DSSO (disulfoxidový linker) a DSBU (dibuthyrický ureasový linker)
- Tandem Mass Tags (TMT) izobarické značky
Hlavní výsledky a diskuse
MS-cleavable linkery umožňují v MS2 generovat diagnostické fragmenty, které usnadňují odlišení křížových peptidů od nekřížových. Cílené MS3 sekvenování zvyšuje spolehlivost identifikací. Kombinované fragmentace ETD/EThcD navyšují pokrytí sekvence a zlepšují identifikaci obtížných vazeb. SPS-MS3 výrazně zlepšuje kvantitativní přesnost TMT experimentů a minimalizuje interference koeluujících iontů. Software XlinkX redukuje výpočetní složitost vyhledávání z n^2 na lineární růst, čímž zrychluje analýzu i zvyšuje výtěžnost identifikací.
Přínosy a praktické využití metody
- Mapování proteinových komplexů a interakcí v nanogramových množstvích
- Strukturální doplněk k high-resolution metodám (cryo-EM, X-ray, HDX-MS)
- Kvantitativní srovnání interakcí v různých fyziologických či patologických stavech
- Snadná implementace v každé proteomické laboratoři bez nutnosti speciálního vybavení
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekává se širší rozšíření multiplexních kvantitativních přístupů (QMIX) pro simultánní sledování více podmínek, integrace s dynamickými technikami (HDX, native MS) a aplikace v reálném čase pro mapování kompletního interaktomu. Další vývoj softwaru a automatizace workflow přispěje k praktickému využití v farmaceutickém výzkumu i rutinní QA/QC analytice.
Závěr
XL-MS dnes představuje mainstreamovou metodu pro studium protein-protein interakcí i strukturální dynamiky proteinových komplexů. Kombinace MS-cleavable reagentů, pokročilé fragmentační technologie a specializovaného softwaru umožňuje rychlou, citlivou a kvantitativní analýzu komplexních biologických vzorků v přirozeném stavu.
Reference
- Kao A, Chiu CL, Vellucci D, Yang Y, Patel VR, Guan S, Randall A, Baldi P, Rychnovsky SD, Huang L. Development of a novel cross-linking strategy for fast and accurate identification of cross-linked peptides of protein complexes. Mol Cell Proteomics. 2011;10(1):M110.002212.
- Müller MQ, Dreiocker F, Ihling CH, Schäfer M, Sinz A. Cleavable cross-linker for protein structure analysis: reliable identification of cross-linking products by tandem MS. Anal Chem. 2010;82(16):6958–6968.
- Yu C, Kandur W, Kao A, Rychnovsky S, Huang L. Developing new isotope-coded mass spectrometry-cleavable cross-linkers for elucidating protein structures. Anal Chem. 2014;86(4):2099–2106.
- Yu C, Mao H, Novitsky EJ, Tang X, Rychnovsky SD, Zheng N, Huang L. Gln40 deamidation blocks structural reconfiguration and activation of SCF ubiquitin ligase complex by Nedd8. Nat Commun. 2015;6:10053.
- Boutilier JM, Warden H, Doucette AA, Wentzell PD. Chromatographic behaviour of peptides following dimethylation with H2/D2-formaldehyde: implications for comparative proteomics. J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci. 2012;908:59–66.
- Liu F, Rijkers DT, Post H, Heck AJ. Proteome-wide profiling of protein assemblies by cross-linking mass spectrometry. Nat Methods. 2015;12(12):1179–1184.
- Frese CK, Altelaar AF, van den Toorn H, Nolting D, Griep-Raming J, Heck AJ, Mohammed S. Toward full peptide sequence coverage by dual fragmentation combining electron-transfer and higher-energy collision dissociation tandem mass spectrometry. Anal Chem. 2012;84(22):9668–9673.
- Frese CK, Zhou H, Taus T, Altelaar AF, Mechtler K, Heck AJ, Mohammed S. Unambiguous phosphosite localization using electron-transfer/higher-energy collision dissociation (EThcD). J Proteome Res. 2013;12(3):1520–1525.
- Bomgarden R, Raja E, Etienne C, Liu F, Heck A, Müller M, Viner R. Optimization of crosslinked peptide analysis on an Orbitrap Fusion Lumos mass spectrometer. ASMS 2016 Poster.
- Ting L, Rad R, Gygi SP, Haas W. MS3 eliminates ratio distortion in isobaric multiplexed quantitative proteomics. Nat Methods. 2011;8(11):937–940.
- McAlister GC, Huttlin EL, Haas W, Ting L, Jedrychowski MP, Rogers JC, Kuhn K, Pike I, Grothe RA, Blethrow JD, Gygi SP. Increasing the multiplexing capacity of TMTs using reporter ion isotopologues with isobaric masses. Anal Chem. 2012;84(17):7469–7478.
- Yu C, Huszagh A, Viner R, Novitsky EJ, Rychnovsky SD, Huang L. Developing a multiplexed quantitative crosslinking mass spectrometry platform for comparative structural analysis of protein complexes. Anal Chem. 2016;88(20):10301–10308.
- Liu F, Lössl P, Scheltema R, Viner R, Heck AJ. Optimized fragmentation schemes and data analysis strategies for proteome-wide cross-link identification. Nat Commun. 2017;8:15473.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
IMSC: Optimization of crosslinked peptide analysis on an Orbitrap Fusion Lumos mass spectrometer
2016|Thermo Fisher Scientific|Postery
Thermo Scientific™ Proteome Discoverer™ using a XlinkX software node. Methods: Different amine-reactive, homobifuctional crosslinkers including disuccinimidyl Results: For both DSSO and BuUrBu, we identified over 40 BSA inter-crosslinked peptides 2 CID for DSSO. We also to less than(DSS), 20 using…
Klíčová slova
crosslinked, crosslinkedbuurbu, buurbucleavable, cleavablecrosslinkers, crosslinkersethcd, ethcddsso, dssopeptides, peptidesprotein, proteincrosslinking, crosslinkingidentified, identifiedxlinkx, xlinkxsequestht, sequesthtcid, cidlumos, lumosbsa
Proteome wide interactomics analysis using MS-cleavable crosslinkers and the Orbitrap Astral Zoom mass spectrometer
2025|Thermo Fisher Scientific|Technické články
Technical note | TN003979 Omics Proteome wide interactomics analysis using MS-cleavable crosslinkers and the Orbitrap Astral Zoom mass spectrometer Authors Goal Yi He , Tabiwang N. Arrey , Eugen Develop an end-to-end crosslinking mass spectrometry (XL-MS) workflow for MS-cleavable Damoc2,…
Klíčová slova
astral, astralorbitrap, orbitrapzoom, zoomcrosslinkers, crosslinkersdsbso, dsbsocrosslinked, crosslinkedpierce, piercedsso, dssocleavable, cleavablethermo, thermoprotein, proteinscientific, scientificfaims, faimscrosslinks, crosslinksmass
Optimization of Crosslinked Peptide Analysis on an Orbitrap Fusion Lumos Mass Spectrometer
2016|Thermo Fisher Scientific|Postery
evaluated traditional non-cleavable and MS-cleavable crosslinkers for crosslinked peptide analysis using an Orbitrap Fusion Lumos mass spectrometer. For MS-cleavable crosslinkers, we also compared different types of fragmentation (CID, ETD) and levels of tandem mass spectrometry (MS2 vs. MS3). Our data…
Klíčová slova
buurbu, buurbucrosslinked, crosslinkedcleavable, cleavablecrosslinkers, crosslinkersdsso, dssosequestht, sequesthtethcd, ethcdlumos, lumoscrosslinking, crosslinkingfusion, fusiondss, dsscid, cidorbitrap, orbitrappeptide, peptidexlinkx
Relative Quantification of TMT-labeled, cross-linked proteins using XlinkX node in Proteome Discoverer
2018|Thermo Fisher Scientific|Postery
Relative Quantification of TMT-labeled, cross-linked proteins using XlinkX node in Proteome Discoverer Rosa Viner1, Kai Fritzemeier2, Frank Berg2, Torsten Ueckert2, Leigh Foster3, Ryan Bomgarden3, Richard A. Scheltema4, Albert J.R. Heck4, Clinton Yu5, Lan Huang5; 1Thermo Fisher Scientific, San Jose, CA;…
Klíčová slova
crosslinked, crosslinkedsps, spsqxl, qxltmt, tmtdsso, dssolinkers, linkerscross, crosspeptides, peptidesproteins, proteinslabeled, labeledmultiplexed, multiplexedquan, quancomparative, comparativeqmix, qmixisobaric