Name: t-wave ion mobility-mass spectrometry: basic experimental procedures for protein complex analysis
Uploaded: 2010-07-31T17:00:00
Duration: 16 min 40 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about T-wave Ion Mobility-mass Spectrometry: Basic Experimental Procedures for Protein Complex Analysis at JoVE.com

Författarna tackar Sharon gruppmedlemmarna för deras kritiska granskning och för deras bidrag till manuskriptet. Vi är tacksamma för stödet från Morasha och Bikura program, Israel Science Foundation (Grant Nos 1823-1807 och 378/08), den Josef Cohn Minerva Centrum för Biomembrane forskning, Chais Familj Fellows program för nya forskare, Abraham och Sonia Rochlin Foundation, den Wolfson Family Charitable Trust, Helen och Milton A. Kimmelman Center för biomolekylär struktur och församlingen, dödsboet efter Shlomo och Sabine Beirzwinsky; Meil ​​de Botton Aynsley, och Karen Siem, Storbritannien.

<ol>
	<li>Ruotolo, B. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ion+mobility-mass+spectrometry+analysis+of+large+proteincomplexes.">Ion mobility-mass spectrometry analysis of large proteincomplexes.</a> Nat Protoc. 3 (7), 1139-1152 (2008).</li><li>Scarff, C. A., Thalassinos, K., Hilton, G. R., Scrivens, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Travelling+wave+ion+mobility+mass+spectrometry+studies+of+protein+structure:+biological+significance+and+comparison+with+X-ray+crystallography+and+nuclear+magnetic+resonance+spectroscopy+measurements.">Travelling wave ion mobility mass spectrometry studies of protein structure: biological significance and comparison with X-ray crystallography and nuclear magnetic resonance spectroscopy measurements.</a> Rapid Commun Mass Spectrom. 22 (20), 3297-3304 (2008).</li><li>Smith, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deciphering+drift+time+measurements+from+travelling+wave+ion+mobility+spectrometry-mass+spectrometry+studies.">Deciphering drift time measurements from travelling wave ion mobility spectrometry-mass spectrometry studies.</a> Eur J Mass Spectrom (Chichester, Eng). 15 (2), 113-130 (2009).</li><li>Leary, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methodology+for+measuring+conformation+of+solvent-disrupted+protein+subunits+using+T-WAVE+ion+mobility+MS:+an+investigation+into+eukaryotic+initiation+factors.">Methodology for measuring conformation of solvent-disrupted protein subunits using T-WAVE ion mobility MS: an investigation into eukaryotic initiation factors.</a> J Am Soc Mass Spectrom. 20 (9), 1699-1706 (2009).</li><li>Lorenzen, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+stoichiometry+and+conformational+changes+in+the+first+step+of+the+P22+tail+assembly.">Determination of stoichiometry and conformational changes in the first step of the P22 tail assembly.</a> J Mol Biol. 379 (2), 385-396 (2008).</li><li>Pukala, T. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Subunit+architecture+of+multiprotein+assemblies+determined+using+restraints+from+gas-phase+measurements.">Subunit architecture of multiprotein assemblies determined using restraints from gas-phase measurements.</a> Structure. 17 (9), 1235-1243 (2009).</li><li>van Duijn, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chaperonin+complexes+monitored+by+ion+mobility+mass+spectrometry.">Chaperonin complexes monitored by ion mobility mass spectrometry.</a> J Am Chem Soc. 131 (4), 1452-1459 (2009).</li><li>Ruotolo, B. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+for+macromolecular+protein+rings+in+the+absence+of+bulk+water.">Evidence for macromolecular protein rings in the absence of bulk water.</a> Science. 310 (5754), 1658-1661 (2005).</li><li>Ruotolo, B. T., Robinson, C. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aspects+of+native+proteins+are+retained+in+vacuum.">Aspects of native proteins are retained in vacuum.</a> Curr Opin Chem Biol. 10 (5), 402-408 (2006).</li><li>Giles, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+a+travelling+wave-based+radio-frequency-only+stacked+ring+ion+guide.">Applications of a travelling wave-based radio-frequency-only stacked ring ion guide.</a> Rapid Commun Mass Spectrom. 18 (20), 2401-2414 (2004).</li><li>McKay, A. R., Ruotolo, B. T., Ilag, L. L., Robinson, C. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+measurements+of+increased+accuracy+resolve+heterogeneous+populations+of+intact+ribosomes.">Mass measurements of increased accuracy resolve heterogeneous populations of intact ribosomes.</a> J Am Chem Soc. 128 (35), 11433-11442 (2006).</li><li>Ruotolo, B. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ion+mobility-mass+spectrometry+reveals+long-lived,+unfolded+intermediates+in+the+dissociation+of+protein+complexes.">Ion mobility-mass spectrometry reveals long-lived, unfolded intermediates in the dissociation of protein complexes.</a> Angew Chem Int Ed Engl. 46 (42), 8001-8004 (2007).</li><li>Morton, V. L., Stockley, P. G., Stonehouse, N. J., Ashcroft, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Insights+into+virus+capsid+assembly+from+non-covalent+mass+spectrometry.">Insights into virus capsid assembly from non-covalent mass spectrometry.</a> Mass Spectrom Rev. 27 (6), 575-595 (2008).</li><li>Valentine, S. J., Counterman, A. E., Clemmer, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+database+of+660+peptide+ion+cross+sections:+use+of+intrinsic+size+parameters+for+bona+fide+predictions+of+cross+sections.">A database of 660 peptide ion cross sections: use of intrinsic size parameters for bona fide predictions of cross sections.</a> J Am Soc Mass Spectrom. 10 (11), 1188-1211 (1999).</li><li>Mesleh, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+information+from+ion+mobility+measurements:+effects+of+the+long-range+potential.">Structural information from ion mobility measurements: effects of the long-range potential.</a> J Phys Chem. 100, 16082-16086 (1996).</li><li>Shvartsburg, A. A., Jarrold, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+exact+hard-spheres+scattering+model+for+the+mobilities+of+polyatomic+ions.">An exact hard-spheres scattering model for the mobilities of polyatomic ions.</a> Chem Phys Lett. 261, 86-91 (1996).</li></ol>

Protokollet som beskrivs här gör det möjligt att definiera den del kollision kors proteiner eller proteinkomplex med en okänd tredimensionell struktur, med syfte att ge information om deras övergripande formen, subenhet packning och topologi. För detta ändamål när avsnittet kollisionen över värden är avbildade är det nödvändigt att omvandla dessa värden till strukturella detaljer. Denna process kräver ytterligare experimentella insatser samt beräkningar analys, som kort diskuteras nedan. Till att börja med, rekommenderas att analysera proteiner eller proteinkomplex med kända strukturer. Dessa mätningar kan ge en nyttig kvalitetskontroll av metoden och kommer att möjliggöra korrekta bedömningen av förvärvet parametrar genom att jämföra teoretiska och uppmätta Ω värden. Den teoretiska tvärsnittsareor kan beräknas från kristallstrukturen koordinater med MOBCAL 15,16 programvaran, som är en öppen källkod FORTRAN baserad programvara som möjliggör kodredigering enligt operatören behöver. För att köra sådana beräkningar är det som krävs för att ändra programmet så att antalet iterativa beräkningar utförs per insatsstruktur ökar och att samordna filer som innehåller ett stort antal atomer accepteras 1. En IM-MS strategi för att definiera topologiska arrangemang av subenheter inom flerkomponenttextilfibrer församlingar har nyligen föreslagit 4,6. Metoden innebär att övervakningen av dissociation vägar av protein församlingar till mindre komponenter. Denna dissociation sker genom kontrollerad justering av villkor lösning fas, vilket ger upphov till en fördelning av subcomplexes reflekterande av de &quot;byggstenar&quot; i församlingarna. Samtidig mätning av Ω värden av både intakta komplexa och demontering produkter skapar strukturella begränsningar som sedan används för att beräkna topologiska modeller av proteinkomplex. Det grundläggande antagande som ligger bakom denna metod är att den genererade subcomplexes behålla sin infödda-liknande bekräftelser, och faktiskt nyare studier har visat att lösningen struktur demontering produkter upprätthålls och inga större ombildning i någon lösning eller faser gas har inträffat 4,6. Det sista steget i tilldelningen av kvartära struktur till gasfas proteinkomplex joner är passande kollisionen värden tvärsnittet till datorgenererade modeller. Modellering används för att undersöka de olika möjliga topologiska arrangemang av subenheter och deras in silico Ω värden beräknas och jämförs med experimentella sådana. För närvarande endast ett fåtal beräkningar metoder används, som spheretype grovkorniga metod som efterliknar diameter subenheter 1,8. På det hela taget är detta område fortfarande är i sin tidiga år och ytterligare utveckling krävs för att göra detta tillvägagångssätt generisk, och som gäller för ett brett spektrum av komplex.

t-wave ion mobility-mass spectrometry: basic experimental procedures for protein complex analysis

Ion rörlighet (IM) är en metod som mäter den tid det tar för en jon att resa genom ett trycksatt cell under påverkan av en svag elektrisk fält. Den hastighet med vilken joner korsa driver regionen beror på deras storlek: stora joner kommer att uppleva ett större antal kollisioner med bakgrunden inert gas (vanligtvis N 2) och därmed resa mer långsamt genom IM-enheten än de joner som utgör en mindre tvärsnitt. I allmänhet, den tid det tar för jonerna att migrera trots den täta gasfas separerar dem, enligt deras kollision tvärsnitt (Ω). Nyligen var IM spektrometri kombination med masspektrometri och en resande-våg (T-våg) Synapt jon rörlighet masspektrometer (IM-MS) släpptes. Integrera masspektrometri med jon rörlighet ger en extra dimension av prov separation och definition, vilket ger en tredimensionell spektrum (massa att ladda, intensitet och drift tid). Denna separationsteknik ger spektral överlappning att minska, och möjliggör upplösning av heterogena komplex med mycket liknande massa, eller massa och laddning nyckeltal, men olika tider drift. Dessutom driver tiden mätningarna ger ett viktigt lager av strukturell information, eftersom Ω är relaterad till den övergripande formen och topologi av jon. Korrelationen mellan de uppmätta värdena glida tid och Ω beräknas med hjälp av en kalibreringskurva som genereras från kalibreringsvätska proteiner med definierade tvärsnitt 1. Kraften i IM-MS metoden ligger i dess förmåga att definiera den underavdelning packning och övergripande form av protein enheter vid mikromolära koncentrationer, och nära fysiologiska förhållanden 1. Flera nya IM studier av både enskilda proteiner 2,3 och icke-kovalenta komplex protein 4-9, framgångsrikt visat att protein kvartära struktur bibehålls i gasfas, och visat vilka möjligheter detta tillvägagångssätt i studien av protein sammansättningar av okänd geometri . Här ger vi en detaljerad beskrivning av IMS-MS-analys av protein komplex med Synapt (kvadrupol-Ion Mobility-Time-of-flight) HDMS instrument (Vatten AB, den enda kommersiella IM-MS-instrument som för närvarande finns tillgänglig) 10. Vi beskriver de grundläggande optimering steg, kalibrering av kollision tvärsnitt, och metoder för databearbetning och tolkning. Det sista steget i protokollet diskuterar metoder för att beräkna teoretiska Ω värden. Sammantaget gör försök protokollet inte täcker alla aspekter av IM-MS karakterisering av protein församlingar, utan är dess mål att introducera de praktiska aspekterna av metoden till nya forskare inom området.

Watch this Scientific Journal Video about T-wave Ion Mobility-mass Spectrometry: Basic Experimental Procedures for Protein Complex Analysis at JoVE.com

T-wave Ion Mobility-mass Spectrometry: Basic Experimental Procedures for Protein Complex Analysis

Ion rörlighet-masspektrometri är ett framväxande gasfas teknik som separerar joner, baserat på deras kollision tvärsnitt och massa. Metoden ger tredimensionella information om de övergripande topologi och form av protein komplex. Vi presenterar här ett grundläggande proceduren för instrument inställning och optimering, kalibrering av drift gånger, och tolkning av data.

T-vågen Ion Mobility-masspektrometri: Grundläggande experimentell Rutiner för Protein Komplex analys

Ion mobility (IM) is a method that measures the time taken for an ion to travel through a pressurized cell under the influence of a weak electric field. ...

Research

JoVE Journal

Biology

MALDI Sample Preparation: the Ultra Thin Layer Method

MALDI Provberedning: Ultra tunt lager Metod

This video demonstrates the preparation of an ultra-thin matrix/analyte layer for analyzing peptides and proteins by Matrix-Assisted Laser Desorption ...

Homarus Americanus Stomatogastric Nervous System Dissection

Homarus Americanus Stomatogastric Nervous System Dissection

Homarus americanus Stomatogastric nervsystemet Dissection

With the goal of understanding how nervous systems produce activity and respond to the environment, neuroscientists turn to model systems that exhibit the ...

Cancer Borealis Stomatogastric Nervous System Dissection

Cancer Borealis Stomatogastric Nervous System Dissection

Cancer Borealis Stomatogastric nervsystemet Dissection

The stomatogastric ganglion (STG) is an excellent model for studying cellular and network interactions because it contains a relatively small number of ...

Gross Dissection of the Stomach of the Lobster, Homarus Americanus

Gross Dissection of the Stomach of the Lobster, Homarus Americanus

Gross Dissection i magen av Hummer, Homarus americanus</em

The stomach of the American lobster (Homarus americanus) is located in the cephalothorax, between the rostrum and the cervical groove. The anterior end of ...

Noninvasive In Vivo Small Animal MRI and MRS: Basic Experimental Procedures

Noninvasive In Vivo Small Animal MRI and MRS: Basic Experimental Procedures

Noninvasiv In Vivo Small Animal MRI och MRS: Grundläggande experimentell procedurer

Small animal Magnetic Resonance (MR) research has emerged as an important element of modern biomedical research due to its non-invasive nature and the ...

Using the GELFREE 8100 Fractionation System for Molecular Weight-Based Fractionation with Liquid Phase Recovery

Använda GELFREE 8100 Fraktionering System för Molekylär viktbaserad fraktionering med vätskefasen Recovery

The GELFREE 8100 Fractionation System is a novel protein fractionation system designed to maximize protein recovery during molecular weight based ...

Analyzing Large Protein Complexes by Structural Mass Spectrometry

Analysera stora proteinkomplex från struktur-masspektrometri

Living cells control and regulate their biological processes through the coordinated action of a large number of proteins that assemble themselves into an ...

Mutagenesis and Functional Analysis of Ion Channels Heterologously Expressed in Mammalian Cells

Mutagenes och funktionsanalys av jonkanaler Uttryckt Heterologously i däggdjursceller

We will demonstrate how to study the functional effects of introducing a point mutation in an ion channel. We study G protein-gated inwardly rectifying ...

Blood Collection for Biochemical Analysis in Adult Zebrafish

Blodinsamling för biokemisk analys i vuxen Zebrafish

The zebrafish has been used as an animal model for studies of several human diseases. It can serve as a powerful preclinical platform for studies of ...

The MultiBac Protein Complex Production Platform at the EMBL

Den MultiBac Protein Complex Production Platform vid EMBL

Proteomics  research revealed the impressive complexity of eukaryotic proteomes in  unprecedented detail. It is now a commonly accepted notion that ...