Ионная подвижность-масс-спектрометрии является новым газофазной технологии, которая отделяет ионы, исходя из их столкновения сечения и массы. Метод обеспечивает трехмерную информацию об общей топологии и форма белковых комплексов. Здесь мы опишем основные процедуры для настройки инструмента и оптимизация, калибровка дрейфа раз, и интерпретации данных.
Ионная подвижность (IM) представляет собой метод, который измеряет время, необходимое для ионно путешествовать по давлением клетке под влиянием слабого электрического поля. Скорость, с которой ионы пересекают области дрейфа зависит от их размеров: крупные ионы будут испытывать большее число столкновений с фоном инертным газом (как правило, N 2) и, следовательно, больше путешествовать медленно через устройство IM, чем те ионы, которые составляют меньше поперечное сечение. В общем, время, которое требуется для переноса ионов хотя плотной газовой фазы их разделяет, в соответствии с их сечение столкновений (Ω).
В последнее время И. М. спектрометрии в сочетании с масс-спектрометрии и бегущей волны (Т-волны) Synapt подвижности ионов масс-спектрометра (IM-МС) был освобожден. Интеграция масс-спектрометрии с ионной подвижности позволяет дополнительное измерение разделения образца и определения, что дает трехмерный спектр (масса времени заряда, интенсивность и дрейф). Это разделение техника позволяет спектрального перекрытия уменьшаться, и дает разрешение гетерогенных комплексов с очень похожие массы, или массы к заряду, но разные времена дрейфа. Более того, измерения времени дрейфа обеспечивают важный уровень структурной информации, а Ω имеет отношение к общей формы и топологии иона. Корреляции между измеренным временем дрейфа ценностей и Ω рассчитывается с использованием калибровочной кривой, полученные от calibrant белков с заданными сечениями 1.
Сила IM-MS подхода заключается в его способности определять упаковки субъединицы и общая форма белка сборки в микромолярных концентрации, и почти физиологическое состояние 1. Несколько недавних исследований И. М. как отдельных белков 2,3 и нековалентных белковых комплексов 4-9, успешно продемонстрировано, что четвертичная структура белка поддерживается в газовой фазе, и подчеркнули потенциал этого подхода в изучении белков собраний неизвестным геометрии . Здесь мы предоставляем подробное описание IMS-МС анализа белковых комплексов использованием Synapt (Квадрупольные-Ion Mobility-Время-Flight) HDMS инструмент (Waters Ltd; только коммерческих IM-MS инструмент в настоящее время) 10. Мы опишем основные шаги, оптимизация, калибровка столкновения сечения, а также методы обработки и интерпретации данных. Заключительный шаг протокола обсуждаются методы расчета теоретических значений Ω. В целом, протокол не пытается охватить все аспекты IM-MS характеристика белка сборки, а, скорее, его цель заключается во внедрении практических аспектов метод новых исследователей в этой области.
Процедура мы описываем сосредотачивается исключительно на IM-МС анализа белковых комплексов. Таким образом, мы предполагаем, что исследователи не знакомы с области структурной MS относятся к пробоподготовки шагов, калибровки прибора и MS и MS тандеме оптимизации процедур, описанных в Киршенбаум и соавт. Http://www.jove.com/index/details 2009. STP? ID = 1954. В целом, этот протокол включает в себя низкие микромолярных концентрации комплекса (1-20 мкм) в летучих буфера, такие как ацетат аммония (0,005 - 1 М, рН 6-8). Учитывая, что 1-2 мкл потребляются в nanoflow капилляр, мы предлагаем 10-20 мкл, как минимальный объем, чтобы дать возможность оптимизации условий MS.
Часть 1: Приобретение подвижности ионов масс-спектрометрии спектр
м / г | обитать (%) | рампа (%) |
960 | 10 | 20 |
3200 | 30 | 40 |
10667 |
Источник | Ловушка | IMS | Передача | |
Смещение РФ | 450 | 380 | 380 | 380 |
ВЧ усиление | 0 | 0 | 0 | 0 |
РФ предельных | 450 | 380 | 380 | 380 |
Часть 2: Отбор экспериментальных условий для обеспечения мобильности измерения родных структур
Для достижения высокой решен MS пики, белковые комплексы, часто активируется в течение масс-спектрометра, в целях содействия снятия остаточной воды и буферных компонентов 11. Однако, если энергия активации увеличивается выше порогового значения, частичный разворачивается может быть вызвано формирования нескольких промежуточных состояний 12, которые вряд ли соответствуют родной, решение-государственного устройства (рис. 3А-C). В результате пик время дрейфа может быть сдвинута и расширили, отражая гетерогенной популяции развернулась структур.
Для того чтобы получить время дрейфа данные в соответствии с решением фазы структур, очень важно тщательно контролировать напряжение используется для ускорения ионов до разделения обмена мгновенными сообщениями. Более того, для разрешения высокой MS желательно увеличить передачи, а не ловушка напряжения. Как устройство IM позиционируется, прежде всего, следует региона Передача и анализатор TOF, следовательно, активации следующим измерения мгновенных сообщений и ионов остается неизменным, в то время как точность MS может быть увеличена.
Для подтверждения того, что сбор данных осуществляется в условиях, которые поддерживают нативной структуры комплекса, рекомендуется, чтобы данные регистрировались в диапазоне экспериментальных и решение условий, а не по одному, оптимизированный набор параметров:
Часть 3: Корреляция между дрейф значения времени и площади поперечного сечения
В отличие от обычных измерений И. М., в которых измеренные значения времени дрейфа линейно связаны с Ω, в T-волновая система IMS, площадь поперечного сечения определяется калибровки подход. Таким образом, вместо абсолютном измерении, относительный экспоненциальной корреляции генерируется между измеренным дрейф раза и 1,13 Ω:
где £ D является измеряется время дрейфа, а Х доля константа, которая может быть извлечена из калибровочной кривой. Калибровка выполнятьред путем измерения дрейфа раза ионов с известными Ω (измеряется от обычных экспериментов IM).
Часть 4: Определение значений времени пролета
Необходимое программное обеспечение: MassLynx и Driftscope (Waters).
Часть 5: Представитель Результаты
Рисунок 1. Схематическое изображение инструмента Synapt HDMS определения основных настраиваемых параметров ИМС-МС приобретения. Экспериментальные параметры, используемые для IM-MS измерений помечены согласно их позиции в инструменте. Ионного пучка окрашена в красный, а давление в каждом регионе обозначается использованием цветового кода. Панели в нижней иллюстрирует градиент потенциала вдоль инструмента и разности потенциалов определении ловушки и энергии Передача столкновения, а также смещения потенциал. Все потенциалы для чтения спины ссылки на статические смещения напряжения, который обычно устанавливается на 120В.
Рисунок 2. Ионная подвижность время прибытия распределения Gβυ белка.
А. высоких Т-волн приводит к узким распределением профиля время дрейфа. Сюжет иллюстрирует распределение времени прибытия Состояниями 16 + (красный), 15 + (зеленый), 14 + (синий), и 13 + (пурпурный) заряда, а также общего профиля время дрейфа (в черном) белка βυ G.
Б. оптимизированным спектром время дрейфа с гладкой формы пика Гаусса. Подобные этикетки цвета, как в.
C. "опрокидывания" эффект, который возникает, когда время, необходимое для ионов пройти мобильности ячейки происходит медленнее, чем интервал между инъекциями новых ионных пакетов в устройстве. В результате расширенного пиковое время дрейфа появляется в начале спектра. Этот эффект может быть устранен за счет увеличения Т-волны высотой, и снижение зубца Т скорость и IMS давления.
"Рябь" Д. Искусственные возникают, когда передача Т-волн и толкателя частоты частично синхронизированы. Этот эффект может быть преодолена путем изменения либо частоты толкач или передачи Т-волны.
Рисунок 3. Влияние ионной активации и частичное денатурирующих условиях на IM-МС спектры гемоглобина. Земельный время дрейфа по сравнению с т / г для тетрамерной комплекс гемоглобина, используя водный раствор 10 мМ ацетата аммония (рН = 7,6) (А, С) и добавлением 0,1%-ной уксусной кислоты (Б). Данные получены с помощью ловушки энергии столкновения напряжением 13 В (А, В) и 35 V (C) Хотя во всех трех панелях масс-спектр (в проекции сверху) похожа, с тетрамерной серии заряда с центром в 4000 м / г, Профиль время дрейфа (прогноз по бокам) отличается (всего распределение времени дрейфв черном, и 16 + профиле красным цветом). Чем дольше время дрейфа частично денатурированные образцы, полученные в В, а в газовой фазе активированного ионами, полученным в С, что свидетельствует о какой-то степени раскрытия. Это наблюдение показывает, что даже если измеренная масса соответствует нетронутыми комплекса, его структуру решения нарушается. Как следствие, тщательный контроль экспериментальных условиях не требуется.
Рисунок 4. Создавая калибровочной кривой, снос временных измерений и столкновения сечения могут быть взаимосвязаны.
А. Измеренное время дрейфа значений нескольких состояниях заряд лошадиного цитохрома С (кружки), конные сердце миоглобина (треугольники) и бычьего убиквитин (квадраты) были построены в отношении литературы значения Ω с поправкой на оба состояния иона заряд и приведенная масса. Подходят дает линейная функция, отвечающая: п (Ω С) = XLN (т D ') + А. Определяется экспоненциальным множителем (X), соответствует определенной постоянной (), а коэффициент корреляции выводятся на участок для данных, полученных при Т-волны скорость 350 м / с, а статическая высота волны 11 В. В. Гистограмма распределения коэффициента корреляции получены из 10 последовательных экспериментов калибровки.
Образце белка / Технические параметры | GluFibrino- пептид мономер 1,6 кДа | Миоглобин мономер 17 кДа | Гемоглобин тетрамер 67 кДа | Трансферрина мономер 80 кДа | GroEL 14-Мер 801 кДа |
Резервное давление, мБар | 4,4 | 5,0 | 5,1 | 5,1 | 6,5 |
Ловушка давления, мБар | 1.6x10 -2 | 2.4x10 -2 | 2.4x10 -2 | 2.6x10 -2 | 2.8x10 -2 |
IMS Давление, мБар | 4.4x10 -1 | 4.4x10 -1 | 4.4x10 -1 | 4.4x10 -1 | 4.2x10 -1 |
Выборка конус напряжение, В | 46 | 80 | 80 | 80 | 118 |
Добыча конус напряжение, В | 1,7 | 1 | 1 | 1 | 3 |
Напряжение смещения, В | 20 | 20 | 25 | 25 | 50 |
Ловушка энергии столкновения, V | 20 | 15 | 15 | 15 | 80 |
Передача энергии при столкновении, V | 5 | 12 | 12 | 12 | 15 |
Таблица 1. Условия эксперимента используются для анализа макромолекул.
Стандартный белка | Молекулярная масса (м) | Сборов (г) | м / г | Сечение столкновений (в 2) |
Цитохром С | 12213 | 10 | 1222,3 | 2226 |
11 | 1111,3 | 2303 | ||
12 | 1018,8 | 2335 | ||
13 | 940,5 | 2391 | ||
14 | 873,4 | 2473 | ||
15 | 815,2 | 2579 | ||
16 | 764,3 | 2679 | ||
17 | 719,4 | 2723 | ||
18 | 679,5 | 2766 | ||
Миоглобин | 16952 | 11 | 1542,1 | 2942 |
12 | 1413,7 | 3044 | ||
13 | 1305,0 | 3136 | ||
14 | 1211,9 | 3143 | ||
15 | 1131,1 | 3230 | ||
16 | 1060,5 | 3313 | ||
17 | 998,2 | 3384 | ||
18 | 942,8 | 3489 | ||
19 | 893,2 | 3570 | ||
20 | 848,6 | 3682 | ||
21 | 808,2 | 3792 | ||
22 | 771,6 | 3815 | ||
Убиквитин | 8565 | 8 | 1071,6 | 1442 |
8 | 1071,6 | 1622 | ||
9 | 952,7 | 1649 | ||
10 | 857,5 | 1732 | ||
11 | 779,6 | 1802 |
Таблица 2. Calibrant белков и их столкновения сечения, определяемых с обычными measurments IMS 14.
Устройства | Компания | Номер в каталоге |
Synapt HDMS-32К ВЧ-генератора | Воды ООО | |
Р-97 Flaming-Браун микропипетки съемник | Саттер инструменты | Р-97 |
Sputter для нанесения покрытий | Электронная микроскопия наук | EMS550 |
Бинокулярный микроскоп | Nikon | |
Реагенты | Компания | Номер по каталогу |
Ацетата аммония | Sigma-Aldrich | Sigma, A2706 |
CsI 99,999% | Sigma-Aldrich | Aldrich, 203033 |
Метанол | Sigma-Aldrich | Fluka, 34966 |
Уксусная кислота | Fisher Scientific | AC12404 |
Коневодство миоглобина (из конского сердца) | Sigma-Aldrich | M1882 |
Коневодство цитохром с (из конского сердца) | Sigma-Aldrich | C-2506 |
Говядина убиквитин (от красных кровяных телец) | Sigma-Aldrich | U6253 |
Гемоглобин | Sigma-Aldrich | H2625 |
Газ | Комментарии | |
Азот, 99,999% чистой | 8 кубических метров цилиндра | |
Аргон, 99,999% чистой | 8,8 кубических meterscylinder |
Таблица 3. Реагенты и оборудование.
Протокол, описанный здесь, позволяет определить сечение столкновения белков или белковых комплексов с неизвестной трехмерной структуры, с целью предоставления информации об их общую форму, подразделения упаковки и топологии. С этой целью один раз столкновения значения сечения изображены необходимо преобразовать эти значения структурных деталей. Этот процесс требует дополнительных экспериментальных усилий, а также компьютерного анализа, которые кратко описаны ниже.
Начнем с того, рекомендуется проанализировать белки или белковые комплексы с известными структурами. Эти измерения могут предоставить полезную контроль качества методологии и позволит точность оценки параметров регистрации, сравнивая теоретический и измеряется Ω ценностей. Теоретические сечения области может быть вычислена по кристаллической структуре координат с использованием MOBCAL 15,16 программное обеспечение, которое является открытым исходным кодом FORTRAN программное обеспечение позволяет редактирования кода в соответствии с потребностями оператора. Для запуска таких расчетов требуется изменить программу так, что число итерационных расчетов, выполненных на вход структуры увеличивается, и которые координируют файлов, содержащих большое число атомов принимаются 1.
IM-MS стратегии для определения топологического расположения субъединиц в многокомпонентных сборки был недавно предложен 4,6. Метод включает в себя мониторинг путей диссоциации белка сборки более мелкие компоненты. Это разделение достигается путем контролируемого регулированию условий решения фазы, что приводит к распределению подкомплексы отражает "строительные блоки" сборки. Одновременное измерение значений Ω как нетронутыми сложных и разборки продукции порождает структурные ограничения, которые затем используются для расчета топологических моделей белковых комплексов. Базовой посылке методологии, что созданный подкомплексы сохраняют свой родной подобных подтверждений, да и недавние исследования показали, что решение структуры разборки продукции поддерживается и никаких серьезных перестановки в любом растворе или газовой фаз произошло 4,6.
Последний шаг в назначении четвертичной структуры в газовой фазы белкового комплекса ионов уместно столкновения значения сечения в компьютерной модели. Моделирование подходы используются для того, чтобы изучить различные возможные топологические механизмы подразделений и их значения в кремнии Ω рассчитывается и по сравнению с экспериментальными. В настоящее время только несколько вычислительных подходы используются, как spheretype крупнозернистого метод, который приближается к диаметру субъединиц 1,8. В целом, это поле еще в первые годы своего существования и дальнейшего развития необходимо, чтобы сделать этот подход, общий, и применимы к широкому кругу комплексов.
Авторы выражают благодарность членам Шарон группы за их критический обзор, и за их вклад в рукописи. Мы благодарны за поддержку и Мораша бикура программы, Израиль научного фонда (грант пп 1823/07 и 378/08), Йозеф Кон Минерва Центре Биомембранных исследований, семьи Chais стипендиатов программы для новых ученых, Авраам и Соня Rochlin фонда; семьи Вольфсон Благотворительный фонд; Хелен и Милтон А. Kimmelman Центра биомолекулярных Структура и Ассамблеи; имении Шломо и Сабин Beirzwinsky; Meil де Боттон Эйнсли, и Карен Сием, Великобритания.
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеСмотреть дополнительные статьи
This article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены