Structural characterization of mucin O-linked glycans using a novel anion exchange column in HPAE-PAD-MS
Aplikace | 2021 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
Glykozylace představuje nejrozšířenější posttranslační modifikaci bílkovin, která ovlivňuje buněčnou adhezi, signalizaci a imunitní reakce. O-glykany v mucinech jsou navázány na serin a threonin a jejich změny bývají spojovány s nádorovými onemocněními. Detailní vyšetření O-glykanových profilů mucinů je proto zásadní pro pochopení biologické funkce a identifikaci potenciálních biomarkerů.
Cílem bylo představit workflow pro analýzu O-glykanů uvolněných z mucinu typu III pomocí kombinace vysokovýkonné aniontové výměnné chromatografie s pulzní amperometrií (HPAE-PAD) sekvenčně napojené na Q Exactive Orbitrap MS. Klíčovým prvkem je nová Dionex CarboPac PA300-4µm kolona, jež umožňuje separaci neutrálních i nabitých glykanů bez derivatizace.
Metoda umožnila rozdělení a identifikaci 18 O-glykanů (neutrálních, sialylovaných, sulfovaných) s přesností <5 ppm. Neukázala se žádná nutnost derivatizace – glykanové alditoly byly detekovány jako deprotonované anionty. Neutralní glykanové izomery se oddělily v RT 4–32 min, sialylované ve 32–35 min a sulfované po 35 min. HCD MS/MS v negativním módu generovalo diagnostické fragmenty (A- a Y-štěpy) umožňující přiřadit jádrové struktury (core 1–4) a krevněskupinové epitopy. Extraktní chromatogramy ukázaly rozlišení izomerů (např. [Hex]₂Fuc[HexNAc]₃). Testy s ERD 500 vykázaly posun RT o ~0,4 min a mírné rozšíření píků (<50 % asymetrie), bez významného zhoršení rozlišení.
Metodu lze aplikovat na širší spektrum glykoproteinů v biotechnologii, potravinářství a klinické glykomice. Očekává se automatizace interpretace MS/MS dat s podporou databází (UniCarb-DB), rozšíření na N-glykanové analýzy a integrace online bioinformatických pipeline pro rychlé zpracování výsledků.
Prezentované řešení HPAE-PAD-MS s kolonkou CarboPac PA300-4µm a PdH referenční elektrodou kombinuje rychlou, reprodukovatelnou chromatografii s vysokorozlišovací MS/MS a umožňuje bezderivatizační, vysoce informační charakterizaci O-glykanů mucinů.
Iontová chromatografie, LC/Orbitrap, IC-MS, IC/MS/MS
ZaměřeníFarmaceutická analýza
VýrobceThermo Fisher Scientific
Souhrn
Význam tématu
Glykozylace představuje nejrozšířenější posttranslační modifikaci bílkovin, která ovlivňuje buněčnou adhezi, signalizaci a imunitní reakce. O-glykany v mucinech jsou navázány na serin a threonin a jejich změny bývají spojovány s nádorovými onemocněními. Detailní vyšetření O-glykanových profilů mucinů je proto zásadní pro pochopení biologické funkce a identifikaci potenciálních biomarkerů.
Cíle a přehled studie / článku
Cílem bylo představit workflow pro analýzu O-glykanů uvolněných z mucinu typu III pomocí kombinace vysokovýkonné aniontové výměnné chromatografie s pulzní amperometrií (HPAE-PAD) sekvenčně napojené na Q Exactive Orbitrap MS. Klíčovým prvkem je nová Dionex CarboPac PA300-4µm kolona, jež umožňuje separaci neutrálních i nabitých glykanů bez derivatizace.
Použitá metodika a instrumentace
- Reduktivní β-eliminace pro uvolnění O-glykanů z mucinu a následná purifikace na HyperSep Hypercarb SPE.
- Chromatografie na Dionex CarboPac PA300-4µm (2×250 mm) s hydroxidickými a acetátovými eluenty.
- Detekce pulzní amperometrií (PAD) s pulzovaným programem na zlaté pracovní elektrodě a palladiové vodíkové referenční elektrodě (PdH).
- Elektrolyticky regenerovaný desalter ERD 500 pro odstranění vysoké koncentrace Na+ před vstupem do MS.
- MS analýza: Thermo Scientific™ Q Exactive™ Hybrid Quadrupole-Orbitrap, negativní ESI, HCD MS/MS, data zpracována v Xcalibur.
Hlavní výsledky a diskuse
Metoda umožnila rozdělení a identifikaci 18 O-glykanů (neutrálních, sialylovaných, sulfovaných) s přesností <5 ppm. Neukázala se žádná nutnost derivatizace – glykanové alditoly byly detekovány jako deprotonované anionty. Neutralní glykanové izomery se oddělily v RT 4–32 min, sialylované ve 32–35 min a sulfované po 35 min. HCD MS/MS v negativním módu generovalo diagnostické fragmenty (A- a Y-štěpy) umožňující přiřadit jádrové struktury (core 1–4) a krevněskupinové epitopy. Extraktní chromatogramy ukázaly rozlišení izomerů (např. [Hex]₂Fuc[HexNAc]₃). Testy s ERD 500 vykázaly posun RT o ~0,4 min a mírné rozšíření píků (<50 % asymetrie), bez významného zhoršení rozlišení.
Přínosy a praktické využití metody
- Analyza bez derivatizace – zachovává původní strukturu glykanů.
- Kombinace vysoké citlivosti PAD a selektivity HRAM MS pro detailní profilování.
- PA300-4µm kolona nabízí vylepšenou separaci neutrálních glykanů oproti dřívějším platenám (PA200).
Budoucí trendy a možnosti využití
Metodu lze aplikovat na širší spektrum glykoproteinů v biotechnologii, potravinářství a klinické glykomice. Očekává se automatizace interpretace MS/MS dat s podporou databází (UniCarb-DB), rozšíření na N-glykanové analýzy a integrace online bioinformatických pipeline pro rychlé zpracování výsledků.
Závěr
Prezentované řešení HPAE-PAD-MS s kolonkou CarboPac PA300-4µm a PdH referenční elektrodou kombinuje rychlou, reprodukovatelnou chromatografii s vysokorozlišovací MS/MS a umožňuje bezderivatizační, vysoce informační charakterizaci O-glykanů mucinů.
Reference
- Ohtsubo K., Marth J.D. Glycosylation in Cellular Mechanisms of Health and Disease. Cell 2006,126(5):855–867.
- Burchell J.M. et al. O-Linked Glycosylation in the Mammary Gland. J. Mammary Gland Biol. Neoplasia 2001,6(3):355–364.
- Thermo Scientific Technical Note 72478. Native N-linked oligosaccharide characterization by HPAE-PAD/MS.
- Thermo Scientific Technical Note 73348. Carbohydrate determinations by HPAE-PAD using a PdH electrode.
- Hayes C.A. et al. UniCarb-DB: A Database Resource for Glycomic Discovery. Bioinformatics 2011,27(9):1343–1344.
- Ceroni A. et al. GlycoWorkbench: A Tool for Annotation of Mass Spectra of Glycans. J. Proteome Res. 2008,7(4):1650–1659.
- Domon B., Costello C.E. Nomenclature for Carbohydrate Fragmentations in MS/MS. Glycoconj. J. 1988,5(4):397–409.
- Brockhausen I. et al. O-GalNAc Glycans. In Essentials of Glycobiology, Cold Spring Harbor Laboratory Press; 2009.
- Karlsson N.G. et al. Structural Determination of Neutral O-Linked Oligosaccharide Alditols by LC-ESI-MSn. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2004,15(5):659–672.
- Schulz B.L. et al. Small-Scale Analysis of O-Linked Oligosaccharides by Gel Electrophoresis. Anal. Chem. 2002,74(23):6088–6097.
Podobná PDF
O-glycan profiling using HPAE-PAD hyphenated with a high-resolution accurate mass (HRAM) mass spectrometer
2021|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
APPLICATION NOTE 000068 O-glycan profiling using HPAE-PAD hyphenated with a high-resolution accurate mass (HRAM) mass spectrometer Authors: Manali Aggrawal, Sachin Patil, and Jeffrey Rohrer Thermo Fisher Scientific, Sunnyvale, CA, United States Keywords: Dionex ICS-5000+, Dionex ICS-6000, Dionex CarboPac PA300 column,…
Klíčová slova
glycan, glycanglycans, glycanspad, padmucin, mucinhpae, hpaebovine, bovinelinked, linkedstructures, structureseluent, eluentdionex, dionexdesalter, desaltermass, massglycoproteins, glycoproteinsabundance, abundancesialylated
O-glycan profiling using HPAE-PAD hyphenated with a high-resolution accurate mass (HRAM) mass spectrometer
2021|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
APPLICATION NOTE 000068 O-glycan profiling using HPAE-PAD hyphenated with a high-resolution accurate mass (HRAM) mass spectrometer Authors: Manali Aggrawal, Sachin Patil, and Jeffrey Rohrer Thermo Fisher Scientific, Sunnyvale, CA, United States Keywords: Dionex ICS-5000+, Dionex ICS-6000, Dionex CarboPac PA300 column,…
Klíčová slova
glycan, glycanglycans, glycanspad, padmucin, mucinhpae, hpaebovine, bovinelinked, linkedstructures, structureseluent, eluentdionex, dionexdesalter, desaltermass, massglycoproteins, glycoproteinsabundance, abundancesialylated
Towards a More Complete Glycome: Advances in Ion Chromatography-Mass Spectrometry (IC-MS) for Improved Separation and Analysis of Carbohydrates
2020|Thermo Fisher Scientific|Postery
Towards a More Complete Glycome: Advances in Ion Chromatography-Mass Spectrometry (IC-MS) for Improved Separation and Analysis of Carbohydrates Neil G. Rumachik,* Tian Tian,* Yuanxue Hou, Charanjit Saini, Zoltan Szabo, Yan Liu, Chris Pohl, Thermo Fisher Scientific, 1228 Titan Way, Sunnyvale,…
Klíčová slova
glycans, glycanshpae, hpaeglycome, glycomeneutral, neutralmass, massorbitrap, orbitrapgastric, gastricsulfated, sulfatedglycan, glycanaffords, affordsporcine, porcineoligosaccharides, oligosaccharidesseparation, separationchromatographic, chromatographicabundance
Carbohydrate analysis by high-performance anion-exchange chromatography with pulsed amperometric detection (HPAE-PAD)
2021|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
TECHNICAL NOTE 70671 Carbohydrate analysis by high-performance anion-exchange chromatography with pulsed amperometric detection (HPAE-PAD) Author: Jeffrey Rohrer Thermo Fisher Scientific, Sunnyvale, CA Keywords: Technical Note 20, monosaccharide, alditol, glycan, oligosaccharide, sialic acid, sugar Goal Update Dionex Technical Note 20 to…
Klíčová slova
hpae, hpaepad, padcarbohydrates, carbohydratesoligosaccharides, oligosaccharidesdetermination, determinationcarbohydrate, carbohydratemonosaccharide, monosaccharidesialic, sialicanion, anioncarbopac, carbopacelectrode, electrodedionex, dionexsugars, sugarspulsed, pulsedexchange