USING TRAVELING WAVE ION MOBILITY MASS SPECTROMETRY TO INVESTIGATE NATIVE AND DEUTERATED PROTEINS AND PEPTIDES – NEW CAPABILITIES FOR CORE LABS

Význam tématu

Ion mobility spectrometrie založená na cyklickém travelling-wave (cIM-MS) rozšiřuje možnosti rychlé a vysoce rozlišené analýzy peptidů a proteinů. Díky vícenásobným průchodům iontů mobilitou se zvyšuje separační kapacita, což umožňuje zkrátit chromatografické časy, minimalizovat ztráty deuteria v HDX-MS experimentech a odhalit skryté konformace intactních proteinů.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo ověřit přínos cIM-MS při:

• rychlém LC-MS rozlišení peptidů po tryptickém štěpení enolázy,
• infuzní analýze deuterovaných a nativních peptidů/proteinů,
• hodnocení zachování amide deuterace při různém počtu cyklů,
• identifikaci konformačních rodin intactního myoglobinu.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky: tryptický digest enolázy, modelový peptid P1 a myoglobin.
Rozdílné režimy měření:

• rychlá LC-MS (3min gradient na ACQUITY BEH C18, 1,7 μm, 45 °C, 0,6 mL/min),
• infuze peptidů (3 μL/min, chlazené injektory, D2O či H2O quench),
• cyklická IMS v rozsahu 1–10 průchodů (98 cm/trasa) na Q-cIM-ToF MS.

Instrumentace:

• SELECT SERIES Cyclic IMS Q-cIM-ToF (Waters),
• MassLynx v4.2 pro akvizici,
• DriftScope pro zpracování IMS dat.

Hlavní výsledky a diskuse

• Rychlé 3 min LC dosažilo 82 % sekvenčního pokrytí enolázy s podobnou výkonností jako tradiční dlouhé běhy.
• Multi-pass IMS rozkládá pětidutinové izotopové shluky a za 5 průchodů oddělilo čtyři konkurenční izotopové formy peptidů.
• Amidová deuterace zůstává zachována až do 10 průchodů, což potvrzuje nízkou míru back-exchange na kostře peptidů.
• Labily vázané postranní řetězce prolínají deuteriem v plynném prostředí přístroje (side-chain back-exchange), nikoli však v pasticím segmentu.
• Analýza myoglobinu ve 16+ nábojovém stavu odhalila minimálně pět skrytých konformací, které se liší v rozsahu deuterace a čase příletu.

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazné zkrácení chromatografických analýz peptidů při zachování vysoké separační kapacity.
• Spolehlivá zachování informace o deuteraci páteřních amide vazeb v HDX-MS experimentech.
• Možnost objevovat a charakterizovat dříve skryté konformace intactních proteinů.
• Potenciál pro zavedení plynných ion-neutral interakcí v rámci analytických jaderných laboratoří.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace cIM-MS do pravidelné HDX-MS workflow pro výzkum proteinové dynamiky.
• Rozšíření počtu průchodů a optimalizace vlnových parametrů pro hlubší konformační rozlišení.
• Použití strojového učení k automatické interpretaci IMS-MS dat a konformačních map.
• Aplikace na velké proteiny, komplexy a membránové proteiny v nativních podmínkách.

Závěr

Cyklická travelling-wave IMS-MS představuje významný krok vpřed pro rychlou, vysoce rozlišenou analýzu peptidů a proteinů. Umožňuje zkrátit dobu separace, zachovat klíčové deutralizační informace a odhalit skryté bílkovinné konformace, čímž rozšiřuje možnosti základních i aplikačních jaderných laboratoří.

Reference

Martin R., Cooper-Shepherd D.A. (2020) Using Traveling Wave Ion Mobility Mass Spectrometry to Investigate Native and Deuterated Proteins and Peptides. Waters Corporation.