TANDEM ION MOBILITY COUPLED WITH MASS SPECTROMETRY FOR GAS PHASE UNFOLDING STUDIES

Význam tématu

Ion mobility spektrometrie (IMS) v kombinaci s hmotnostní spektrometrií umožňuje detailní studium konformačních změn proteinů v plynové fázi. Technologie tandem-IMS (IMSn) otevírá cestu k opakovaným cyklům separace a aktivačním krokům, což přispívá k hlubšímu pochopení mechanismů kolizně indukovaného unfoldingu (CIU) a stability komplexů.

Cíle a přehled studie / článku

Studie představuje nový přístrojový formát: cyklický ion mobility spektrometr (cIM) integrovaný s QTof analyzátorem schopný vícekolových IMS experimentů s mezikrokem aktivace. Modelovým analytem je tetramer transthyretinu (TTR) se sledováním jeho unfoldingových drah pomocí IMS2 a IMS3.

Použitá metodika a instrumentace

• Příprava 4 μM TTR v 200 mM amonium acetátu a nanoESI ionizace.
• Systém: ESI-Q-cIM-Tof s 98 cm mobilitní pístí, doplněný SRIG a cIM regionem.
• Mobilitní plyn: dusík; kolizní plyn a helium ve vstupní oblasti cIM.
• Software: upravené MassLynx a DriftScope pro řízení multipasových IMS cyklů.
• Protokol: IMS1 separace – výběr konformace – reinjekce s vysokou energií – IMS2/IMS3 detekce.

Hlavní výsledky a diskuse

• Native IMS1 TTR tetramer (16+): úzká konformační rodina při jedné pasáži.
• CIU v trapu (40 V): rozdělení na 5 základních unfolded států.
• IMS2: jednotlivé konformace selektovány, reinjekce a další pasáž cIM s vyšší energií odhalila postupné unfolding dráhy (2 → 2.5 → 3 → 4 → 5).
• IMS3: selekce druhého stavu a opětovné aktivace ukázala generování vyšších konformací (4, 5, 6) bez kolapsu.
• Možnost vícenásobné mobilitní selekce v jediném cyklu umožnila detailní mapování konformačních přechodů.

Přínosy a praktické využití metody

• Rozšířená IMS rozlišovací schopnost (>200 Ω/ΔΩ) díky více pasážím.
• Flexibilní výběr časových oken arrival time pro selektivní analýzu konformací.
• Detailní unfoldingové studie CIU s možností sledovat postupné kroky unfoldingu na izolovaných populacích.
• Vhodné pro studium proteinových komplexů, protein–ligand interakcí a farmaceutických protilátek.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace dalších aktivací (laser, UVPD) pro multidimenzionální spektrometrii.
• Aplikace na složitější biomolekulární systémy, oligomery a membránové proteiny.
• Spojení IMSn s kvantitativními přístupy pro farmalogické screeningy stabilizátorů proteinů.
• Využití strojového učení pro automatizovanou analýzu rozsáhlých IMS dat a konformačních populací.

Závěr

Implementace cyklického IMS v tandemu s hmotnostní spektrometrií nabízí unikátní platformu pro detailní studium gas-phase unfoldingu. Metoda umožňuje vícekolové IMS cykly s mezikroky aktivace, čímž se významně prohlubuje vhled do konformačních přechodů proteinů a stability komplexů.

Reference

1. C. V. Robinson. Biochem Soc Trans 2017, 45(1):251–260.
2. Zhong et al. Angewandte Chemie 2014, 126(35):9363–9366.
3. T. M. Allison et al. Nat Commun 2015;6:8551.
4. Tian et al. Anal. Chem. 2015, 87(22):11509–11515.