Enabling Protein and Oligonucleotide Ion Mobility Data Analysis in BioConfirm with PNNL PreProcessor Data Conversions

Význam tématu

Ion mobility spectrometrie (IM) přidává do konvenčních LC-MS experimentů další dimenzi separace, která rozlišuje biomolekuly podle jejich tvaru a velikosti. Tato technologie významně zvyšuje pokrytí sekvencí proteinů i oligonukleotidů a podporuje detailní strukturální charakterizaci.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo ukázat nový převod dat v PNNL PreProcessoru, který mapuje All Ions IM/MS data na tradiční DDA LC-MS formát. Výstupní soubory lze pak zpracovat v BioConfirm 12.1 nebo jiných běžných softwarových balících, čímž se odstraňuje bariéra v analýze IM dat.

Použitá metodika

• Dva pracovní postupy převodu IM-MS dat na DDA formát: Workflow 1 s uchováním LC separace a Workflow 2 s kolapsem LC dimenze a zachováním IM dimenze.
• All Ions fragmentační režim s alternujícím snímáním IM dat.
• Extrahování drift-time aligned fragmentů na základě seznamu prekurzorů z IMFE (IM-MS Browser) nebo manuálně definovaných feature listů.

Použitá instrumentace

• 6560 IM-QTOF (Agilent Technologies) s módem All Ions fragmentace.
• 1290 Infinity II LC systém (Agilent Technologies).
• Trypsinem štěpený BSA standard (New England BioLabs) a 21mer DNA oligonukleotid (Integrated DNA Technologies).
• Software: PNNL PreProcessor, IM-MS Browser (IMFE), BioConfirm 12.1.

Hlavní výsledky a diskuse

• Oligonukleotid 21mer: separace nabitých stavů (z = –3 až –11) v IM, následná konfirmace sekvence v BioConfirm s vysokým pokrytím fragmenty.
• BSA tryptický digest: převod All Ions IM/MS-to-DDA vedl k pokrytí 78,6 % sekvence oproti 67,1 % u klasického Quad Isolation DDA, zejména díky zahrnutí +1 nabitých iontů.
• IM izomery: Workflow 2 umožňuje udržet oddělená MS/MS spektra pro jednotlivé izomery, zatímco Workflow 1 je kombinuje.

Přínosy a praktické využití metody

• Umožňuje zpracování IM-MS dat ve standardních DDA softwarech bez speciálních úprav.
• Zvyšuje sekvenční pokrytí a přesnost identifikace pro proteiny i oligonukleotidy.
• Podporuje souběžnou fragmentaci více nabitých stavů a šetří laboratorní čas.
• Zachování IM rozlišení napomáhá analýze izomerů a komplexních směsí.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace převodů do online a reálného času datových toků.
• Rozšíření workflow na jiné třídy biomolekul, včetně post-translačních modifikací.
• Vývoj pokročilých algoritmů a strojového učení pro interpretaci IM fragmentačních dat.
• Automatizovaná feature detekce a kvantifikace v IM dimenzi.

Závěr

Převod dat pomocí PNNL PreProcessoru úspěšně propojuje ion mobility spektrometrii s tradičním DDA LC-MS workflow. Výsledkem je výrazné zvýšení sekvenčního pokrytí, lepší scoring identifikovaných peptidů a schopnost řešit IM izomery, což posouvá hranice biomolekulární analytiky.

Reference

• Bilbao A. et al. Journal of Proteome Research 2022, 21(3), 798–807.