Development and applications of a pesticide multiresidue analysis turn-key system utilizing UHPLC-Orbitrap mass spectrometry and post data processing

Význam tématu

Top-down hmotová spektrometrie umo_x009e_ňuje přímou analýzu intactních proteinů, včetně jejich posttranslačních modifikací a proteoform. Díky pokročilým instrumentálním možnostem lze zlepšit sekvenční pokrytí a kvalitu identifikace, což je klíčové pro proteomické a farmaceutické aplikace.

Cíle a přehled studie

Cílem článku bylo porovnat čtyři různé metody fragmentace (CID, HCD, ETD, UVPD) na modelových proteinech o molární hmotnosti 9–50 kDa a ukázat jejich jedinečné vlastnosti při analýze intactních proteinů. Studie využívá komerčně dostupnou standardní směs Pierce Intact Protein Standard Mix jako vzorek pro vývoj metod a kontrolu kvality.

Použitá metodika a instrumentace

Proteiny zalkalizované Pierce mixu byly separovány během 20min gradientu na UHPLC systému (Dionex Ultimate 3000) s RP LC kolonkou MabPac™. Detekce probíhala na Orbitrap Fusion Lumos MS s následujícími parametry:

• Plný scan: rozlišení 15 000, Orbitrap
• MS/MS CID a HCD: rozlišení 60 000
• MS/MS ETD a UVPD: rozlišení 120 000
• Izolace: kvadrupólová s oknem 3 Da
• ETD: snížená anion target hodnota na 5×10^4
• UVPD: 213 nm laser

Hlavní výsledky a diskuse

Každá metoda fragmentace generovala odlišné spektrální signatury a doplňková kombinace metod vedla k maximálnímu sekvenčnímu pokrytí.

• CID: Preferenční štěpení na slabších vazbách, nízké sekundární fragmentace, vhodné pro PTM analýzu.
• HCD: „Fast heating“, vyšší energie, vyšší riziko overfragmentace, ale lepší průlom do vysoce nabitých proteinů.
• ETD: „Demokratické“ štěpení c- a z- iontů, zachování PTM, riziko rychlé fragmentace u větších proteinů.
• UVPD: Vícečetné štěpné dráhy (a, b, c, x, y, z ionty), bohaté spektrum, ale obtížná dekonvoluce při vysoké molekulární hmotnosti.

U větších proteinů (≥ 30 kDa) se objevilo nadměrné štěpení a široké rozdělení signálu do mnoha fragmentů, což snížilo kvalitu spektra. Úprava ETD reakcí a změna podmínek redukovala overfragmentaci jen částečně. UVPD i ETD vykazovaly rychlejší štěpení s rostoucí hmotností a náročností dekonvoluce.

Přínosy a praktické využití metody

Studie potvrdila, že vícemódové využití fragmentačních technik na Orbitrap Fusion Lumos významně zvyšuje schopnost identifikace intactních proteinů a jejich modifikací. Pierce Intact Protein Standard Mix se ukázal jako efektivní vzorek pro optimalizaci datové akvizice a zpracování.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další zlepšení iontových manipulací, jako je ion parking a optimalizace ETD/UVPD kinetiky, pro efektivnější analýzu velkých proteinů. Rozvoj pokročilých dekonvolučních algoritmů a strojového učení přispěje k lepší interpretaci komplexních dat.

Závěr

Vícečetné fragmentační režimy na Orbitrap Fusion Lumos poskytují synergický efekt, dovolují detailní charakterizaci intactních proteinů a otevírají cestu k robustním top-down workflow. Nicméně zůstávají výzvy při analýze vysoce nabitých a velkých proteinů, které bude třeba dále řešit.

Reference

1. Syka J.E.P. et al. Peptide and protein sequence analysis by electron transfer dissociation mass spectrometry. PNAS 2004;101(26):9528–9533.
2. Cannon J.R. et al. Hybridizing Ultraviolet Photodissociation with Electron Transfer Dissociation for Intact Protein Characterization. Anal. Chem. 2014;86(21):10970–10977.
3. McLuckey S.A. et al. Ion parking during ion/ion reactions in electrodynamic ion traps. Anal. Chem. 2002;74(2):336–346.