Name: capillary electrophoresis-based hydrogen/deuterium exchange for conformational characterization of proteins with top-down mass spectrometry
Uploaded: 2021-06-08T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Capillary Electrophoresis-based Hydrogen/Deuterium Exchange for Conformational Characterization of Proteins with Top-down Mass Spectrometry at JoVE.com

Эта работа была поддержана грантами Национального фонда естественных наук Китая (NSFC 21974069). Авторы также получили поддержку от Института клеточного анализа, Шэньчжэньская лаборатория залива, Китай; Цзянсуский коллаборативный инновационный центр биомедицинских функциональных материалов; и Ключевая лаборатория биомедицинских материалов Цзянсу в Нанкинском педагогическом университете, Китай.

ПРИМЕЧАНИЕ: По возможности используйте высокоэффективные реагенты для жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) или РС, чтобы свести к минимуму загрязняющие вещества, которые могут мешать анализу РС. Не прикасайтесь к интерфейсу CE-MS голыми руками во время измерения, чтобы избежать возможности п...

<ol>
	<li>Kaltashov, I. A., Bobst, C. E., Pawlowski, J., Wang, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+spectrometry-based+methods+in+characterization+of+the+higher+order+structure+of+protein+therapeutics.">Mass spectrometry-based methods in characterization of the higher order structure of protein therapeutics.</a> Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 184, 113169 (2020).</li><li>Engen, J. R., Botzanowski, T., Peterle, D., Georgescauld, F., Wales, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Developments+in+hydrogen/deuterium+exchange+mass+spectrometry.">Developments in hydrogen/deuterium exchange mass spectrometry.</a> Analytical Chemistry. 93 (1), 567-582 (2021).</li><li>Pan, J., Han, J., Borchers, C. H., Konermann, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conformer-specific+hydrogen+exchange+analysis+of+Abeta(1-42)+oligomers+by+top-down+electron+capture+dissociation+mass+spectrometry.">Conformer-specific hydrogen exchange analysis of Abeta(1-42) oligomers by top-down electron capture dissociation mass spectrometry.</a> Analytical Chemistry. 83 (13), 5386-5393 (2011).</li><li>Pan, J., Han, J., Borchers, C. H., Konermann, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+and+dynamics+of+small+soluble+Abeta(1-40)+oligomers+studied+by+top-down+hydrogen+exchange+mass+spectrometry.">Structure and dynamics of small soluble Abeta(1-40) oligomers studied by top-down hydrogen exchange mass spectrometry.</a> Biochemistry. 51 (17), 3694-3703 (2012).</li><li>Pan, J., Borchers, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Top-down+structural+analysis+of+posttranslationally+modified+proteins+by+Fourier+transform+ion+cyclotron+resonance-MS+with+hydrogen/deuterium+exchange+and+electron+capture+dissociation.">Top-down structural analysis of posttranslationally modified proteins by Fourier transform ion cyclotron resonance-MS with hydrogen/deuterium exchange and electron capture dissociation.</a> Proteomics. 13 (6), 974-981 (2013).</li><li>Wang, G., Abzalimov, R. R., Bobst, C. E., Kaltashov, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conformer-specific+characterization+of+nonnative+protein+states+using+hydrogen+exchange+and+top-down+mass+spectrometry.">Conformer-specific characterization of nonnative protein states using hydrogen exchange and top-down mass spectrometry.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United. States of America. 110 (50), 20087-20092 (2013).</li><li>Mironov, G. G., Clouthier, C. M., Akbar, A., Keillor, J. W., Berezovski, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+analysis+of+enzyme+structure+and+activity+by+kinetic+capillary+electrophoresis-MS.">Simultaneous analysis of enzyme structure and activity by kinetic capillary electrophoresis-MS.</a> Nature Chemical Biology. 12 (11), 918-922 (2016).</li><li>Shen, Y., Zhao, X., Wang, G., Chen, D. D. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differential+hydrogen/deuterium+exchange+during+proteoform+separation+enables+characterization+of+conformational+differences+between+coexisting+protein+states.">Differential hydrogen/deuterium exchange during proteoform separation enables characterization of conformational differences between coexisting protein states.</a> Analytical Chemistry. 91 (6), 3805-3809 (2019).</li><li>Kontopidis, G., Holt, C., Sawyer, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Invited+review:+&#946;-lactoglobulin:+binding+properties,+structure,+and+function.">Invited review: &#946;-lactoglobulin: binding properties, structure, and function.</a> Journal of Dairy Science. 87 (4), 785-796 (2004).</li><li>Qin, B. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+basis+of+the+Tanford+transition+of+bovine+&#946;-lactoglobulin.">Structural basis of the Tanford transition of bovine &#946;-lactoglobulin.</a> Biochemistry. 37 (40), 14014-14023 (1998).</li><li>Qin, B. Y., Bewley, M. C., Creamer, L. K., Baker, E. N., Jameson, G. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+implications+of+structural+differences+between+variants+A+and+B+of+bovine+beta-lactoglobulin.">Functional implications of structural differences between variants A and B of bovine beta-lactoglobulin.</a> Protein Science. 8 (1), 75-83 (1999).</li><li>Wang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+resolution+capillary+isoelectric+focusing+mass+spectrometry+analysis+of+peptides,+proteins,+and+monoclonal+antibodies+with+a+flow-through+microvial+interface.">High resolution capillary isoelectric focusing mass spectrometry analysis of peptides, proteins, and monoclonal antibodies with a flow-through microvial interface.</a> Analytical Chemistry. 90 (15), 9495-9503 (2018).</li><li>Busch, M. H. A., Kraak, J. C., Poppe, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellulose+acetate-coated+fused-silica+capillaries+for+the+separation+of+proteins+by+capillary+zone+electrophoresis.">Cellulose acetate-coated fused-silica capillaries for the separation of proteins by capillary zone electrophoresis.</a> Journal of Chromatography A. 1695 (2), 287-296 (1995).</li><li>Zhao, X., Shen, Y., Tong, W., Wang, G., Chen, D. D. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deducing+disulfide+patterns+of+cysteine-rich+proteins+using+signature+fragments+produced+by+top-down+mass+spectrometry.">Deducing disulfide patterns of cysteine-rich proteins using signature fragments produced by top-down mass spectrometry.</a> Analyst. 143 (4), 817-823 (2018).</li><li>Sutera, S. P., Skalak, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+history+of+Poiseuille's+law.">The history of Poiseuille's law.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 25 (1), 1-20 (1993).</li><li>Wang, G., Kaltashov, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Approach+to+characterization+of+the+higher+order+structure+of+disulfide-containing+proteins+using+hydrogen/deuterium+exchange+and+top-down+mass+spectrometry.">Approach to characterization of the higher order structure of disulfide-containing proteins using hydrogen/deuterium exchange and top-down mass spectrometry.</a> Analytical Chemistry. 86 (15), 7293-7298 (2014).</li><li>Wang, G., Johnson, A. J., Kaltashov, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+electrospray+ionization+mass+spectrometry+as+a+tool+for+characterization+of+small+soluble+protein+aggregates.">Evaluation of electrospray ionization mass spectrometry as a tool for characterization of small soluble protein aggregates.</a> Analytical Chemistry. 84 (3), 1718-1724 (2012).</li><li>Fellers, R. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ProSight+Lite:+graphical+software+to+analyze+top-down+mass+spectrometry+data.">ProSight Lite: graphical software to analyze top-down mass spectrometry data.</a> Proteomics. 15 (7), 1235-1238 (2015).</li><li>Cai, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MASH+Suite+Pro:+A+comprehensive+software+tool+for+top-down+proteomics.">MASH Suite Pro: A comprehensive software tool for top-down proteomics.</a> Molecular &amp; Cellular Proteomics. 15 (2), 703-714 (2016).</li><li>Paterson, G. R., Hill, J. P., Otter, 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=Separation+of+&#946;-lactoglobulin+A,+B+and+C+variants+of+bovine+whey+using+capillary+zone+electrophoresis.">Separation of &#946;-lactoglobulin A, B and C variants of bovine whey using capillary zone electrophoresis.</a> Journal of Chromatography A. 700 (1), 105-110 (1995).</li><li>Wang, G., Kaltashov, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Approach+to+characterization+of+the+higher+order+structure+of+disulfide-containing+proteins+using+hydrogen/deuterium+exchange+and+top-down+mass+spectrometry.">Approach to characterization of the higher order structure of disulfide-containing proteins using hydrogen/deuterium exchange and top-down mass spectrometry.</a> Analytical Chemistry. 86 (15), 7293-7298 (2014).</li><li>Nicolardi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On-line+electrochemical+reduction+of+disulfide+bonds:+improved+FTICR-CID+and+-ETD+coverage+of+oxytocin+and+hepcidin.">On-line electrochemical reduction of disulfide bonds: improved FTICR-CID and -ETD coverage of oxytocin and hepcidin.</a> Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 24 (12), 1980-1987 (2013).</li><li>Adhikari, S., Xia, Y., McLuckey, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Top-down+analysis+of+disulfide-linked+proteins+using+photoinduced+radical+reactions+and+ET-DDC.">Top-down analysis of disulfide-linked proteins using photoinduced radical reactions and ET-DDC.</a> International Journal of Mass Spectrometry. 444, 116173 (2019).</li><li>Rush, M. J. P., Riley, N. M., Westphall, M. S., Coon, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Top-down+characterization+of+proteins+with+intact+disulfide+bonds+using+activated-ion+electron+transfer+dissociation.">Top-down characterization of proteins with intact disulfide bonds using activated-ion electron transfer dissociation.</a> Analytical Chemistry. 90 (15), 8946-8953 (2018).</li><li>Zhong, X., Maxwell, E. J., Chen, D. D. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+transport+in+a+micro+flow-through+vial+of+a+junction-at-the-tip+capillary+electrophoresis-mass+spectrometry+interface.">Mass transport in a micro flow-through vial of a junction-at-the-tip capillary electrophoresis-mass spectrometry interface.</a> Analytical Chemistry. 83 (12), 4916-4923 (2011).</li></ol>

Цели покрытия внутренней стенки капилляра CE включают минимизацию электроосмотического потока и поглощения белка во время процессаCE 13. Хотя электроосмотический поток полезен для обычного анализа СЕ малых молекул из-за его способности направлять нейтральные или противоп?...

Различение белковых видов в различных конформационных, связывающих или модифицирующих состояниях и характеристика их структурных различий важны для мониторинга путей переходов между этими видами, участвующими в биологических событиях, начиная от молекулярного распознавания до ферментативного катализа, и понимания механизмов, лежащих в основе этих событий. Обычные биофизические методы не обеспечивают полного решения из-за таких ограничений, как недостаточное разрешение и потеря динамической информации в растворе. Водородно-дейтериевый обмен в сочетании с масс-спектрометрией (HDX MS) представляет собой метод, который маркирует структурные и конформационные особенности белков дейтерием (2H) посредством обмена между лабильными атомами водорода белков и 2H из преднамеренно введенного раствора 2H2O. Протоны, участвующие в водородной связи или изолированные от растворителя внутри белка, не обмениваются легко1. Таким образом, поскольку обменный курс на обменном участке сильно зависит от его участия в структурах более высокого порядка, белковые структуры могут быть выявлены с высоким пространственным разрешением MS, который исследует степень и скорость поглощения 2H на основе различных атомных масс между 1H и 2H. За последние десятилетия HDX MS стал чрезвычайно успешным методом изучения конформаций и динамики белка2.
В классическом восходящем подходе HDX MS ансамбль белковых видов в различных конформационных, связывающих или модифицирующих состояниях протеолизируется без разделения на интактном белковом уровне, что делает невозможным характеристику отдельных видов путем анализа полученных протеолитических фрагментов с запутанным содержанием дейтерия. Напротив, в нисходящем подходе различные белковые состояния или протеоформы, которые включали различное содержание дейтерия, приводят к множественному распределению неповрежденных белковых масс при сканировании РС. Это позволяет отдельным видам быть разделенными путем массового отбора ионов, соответствующих каждому распределению массы, с использованием надлежащего массового фильтра (такого как квадруполь) и характеристики их конформационных различий в последующем тандемном анализе МС 3,4,5,6. Однако эффективность разделения белковых состояний или протеоформ в этой стратегии ограничена степенью разницы в их соответствующих массовых распределениях.
Капиллярный электрофорез (СЕ) обеспечивает средство для разделения белковых видов на основе их различных зарядов и гидродинамических размеров в фазе раствора с высокой эффективностью7. Сочетание CE с HDX обеспечивает дополнительное разделение белковых состояний или протеоформ в фазе раствора. Кроме того, небольшой объем капилляра CE позволяет использовать полностью дейтерированный раствор в качестве фонового раствора электролита (BGE), т. е. работающего буфера, превращая капилляр в реактор HDX для образцов белка. Из-за разницы в электрофоретической подвижности между белками и протическими реагентами в процессе электрофореза, проведение HDX во время CE приводит к почти полной дейтерирующей среде для белковых аналитов с минимальным остаточным недететерированным содержимым, тем самым повышая чувствительность структурного анализа с использованием данных HDX. Таким образом, мы разработали дифференциальный подход HDX на основе CE в сочетании с нисходящим MS для характеристики белковых структур более высокого порядка специфическим для состояния или протеоформа способом8.
В этом документе описываются протоколы для этого подхода путем подробного описания этапов подготовки материала, экспериментальной процедуры и анализа данных. Факторы, которые могут повлиять на производительность метода или качество данных, перечислены в кратких примечаниях. Репрезентативные результаты, представленные здесь, включают дифференциальные данные HDX смесей различных белков и природных вариантов бычьего β-лактоглобулина (β-lg), основного сывороточного белка, присутствующего в молоке9. Мы демонстрируем эффективность разделения, воспроизводимость и производительность 2H-маркировки двух распространенных вариантов β-lg, т.е. A и B10,11 во время HDX на основе CE и характеризацию их конформаций для конкретных вариантов.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>ammonium acetate</td>
			<td>Fisher Chemical</td>
			<td>A/3446/50</td>
			<td>&#8805;99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CESI 8000 plus capillary electrophoresis system</td>
			<td>Sciex, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>centrifuge</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>5406000097</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>centrifugal filter</td>
			<td>Merck</td>
			<td>UFC201024</td>
			<td>10 kDa cutoff</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>deuterium oxide</td>
			<td>Energy Chemical</td>
			<td>E090001</td>
			<td>99.9 % D</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>formic acid</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>&#160;270480250</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>fused silica glass capillary</td>
			<td>Polymicro Technologies</td>
			<td>1068150017</td>
			<td>ID 50&#956;m, OD 360&#956;m</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>gas chromatography</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>GC6890N</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>hydrochloric acid</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>258148</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>hydroxypropyl cellulose</td>
			<td>Aladdin</td>
			<td>H113415</td>
			<td>MW 100000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>magnetic stirrers</td>
			<td>DLAB</td>
			<td>8030101212</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>methanol</td>
			<td>Fisher Chemical</td>
			<td>A456-4</td>
			<td>MS grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>microvolume UV-Vis spectrophotometer</td>
			<td>DeNovix</td>
			<td>84677JK7731</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>myoglobin</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>M1882</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Orbitrap Fusion Lumos mass spectrometer</td>
			<td colspan="2">Thermo Fisher Scientific, USA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PA 800 Plus Pharmaceutical Analysis CE System</td>
			<td>Beckman Coulter, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Q Exactive UHMR mass Spectrometer</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>sodium&#160;hydroxide</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S5881</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ubiquitin</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>U6253</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ultrasonicator</td>
			<td>SCIENTZ</td>
			<td>SB-5200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#946;-lactoglobulin</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>L0130</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

capillary electrophoresis-based hydrogen/deuterium exchange for conformational characterization of proteins with top-down mass spectrometry

Разрешение конформационной гетерогенности множественных белковых состояний, сосуществующих в растворе, остается одним из основных препятствий в характеристике белковой терапии и определении конформационных путей перехода, критически важных для биологических функций, начиная от молекулярного распознавания до ферментативного катализа. Реакция водородно-дейтериевого обмена (HDX) в сочетании с масс-спектрометрическим анализом сверху вниз (MS) обеспечивает средство для характеристики структур и динамики белка более высокого порядка в зависимости от конформера. Конформационная разрешающая способность этого метода в значительной степени зависит от эффективности разделения белковых состояний на уровне интактного белка и минимизации остаточного недейтерированного протического содержания во время реакций HDX. 
Здесь мы описываем вариант подхода HDX MS на основе капиллярного электрофореза (CE), который направлен на улучшение конформационного разрешения. При таком подходе белки подвергаются реакциям HDX при миграции через дейтерированный раствор фонового электролита (BGE) во время капиллярного электрофоретического разделения. Различные белковые состояния или протеоформы, которые сосуществуют в растворе, могут быть эффективно разделены на основе их различного соотношения заряда к размеру. Разница в электрофоретической подвижности между белками и молекулами протического растворителя сводит к минимуму остаточный недететерированный растворитель, что приводит к почти полной дейтерирующей среде во время процесса HDX. Проточный микроволичный интерфейс CE-MS обеспечивает эффективную электрораспылительную ионизацию элюированных белковых веществ после быстрого смешивания с раствором модификатора закалки и денатурации на выходе из опрыскивателя. Онлайн-анализ РС сверху вниз измеряет глобальный уровень дейтрации элюированных интактных белковых видов и, следовательно, дейтрацию их фрагментов газовой фазы. В данной работе демонстрируется этот подход в дифференциальном HDX для систем, включая естественные варианты белка, сосуществующие в молоке.

Изменение давления инфузии BGE позволяет регулировать как эффективность разделения, так и время миграции, что эквивалентно времени реакции HDX разделяемых белков (рисунок 3). Более низкое давление инфузии приводит к лучшему разделению пиков CE за счет продолжительности эк?...

Watch this Scientific Journal Video about Capillary Electrophoresis-based Hydrogen/Deuterium Exchange for Conformational Characterization of Proteins with Top-down Mass Spectrometry at JoVE.com

Capillary Electrophoresis-based Hydrogen/Deuterium Exchange for Conformational Characterization of Proteins with Top-down Mass Spectrometry

Здесь представлен протокол для подхода на основе капиллярного электрофореза на основе водорода / дейтерия (HDX) в сочетании с масс-спектрометрией сверху вниз. Этот подход характеризует различие в структурах более высокого порядка между различными видами белков, включая белки в разных состояниях и различные протеоформы, путем проведения одновременного дифференциального HDX и электрофоретического разделения.

Водородно-дейтериевый обмен на основе капиллярного электрофореза для конформационной характеристики белков с помощью масс-спектрометрии сверху вниз

Resolving conformational heterogeneity of multiple protein states that coexist in solution remains one of the main obstacles in the characterization of ...

Этот метод позволяет разделить сосуществующие виды белка, включая различные конформеры или варианты, и онлайн-характеристику их различий в структуре более высокого порядка, которые должны быть завершены в одном измерении CEMS. Он использует электрофоретический эффект, чтобы обеспечить почти 100% продолжительность среды для реакций HDX и ортогонального разделения сосуществующих белковых форм во время HDX для анализа РС сверху вниз. Начните с предварительного кондиционирования капиллярного электрофореза, водородного дейтериевого обмена или установки CE HDX.Используя ультразвук в смеси 50% метанола, 49% воды и 1% муравьиной кислоты, очищают поток через микроволиальный интерфейс CE-MS в течение не менее 30 минут при комнатной температуре. Установите модифицированный капилляр HPC на капиллярный электроферез или инструмент CE. Промыть капилляр фоновым раствором электролита или БГЭ в течение 10 минут с помощью автопробоотборника и оставить его заполненным БГЭ.Используйте подходящую длину немодифицированной плавленой капиллярной трубки кремнезема в качестве инфузионной трубки для раствора модификатора. Используйте соединение и соответствующую втулку для подключения трубки модификатора к газонепроницаемому стеклянному шприцу с тупой температурой и промывайте трубку раствором модификатора в течение не менее 10 минут с помощью инфузионного насоса. Вставьте в очищенный интерфейс CE-MS выпускные отверстия капиллярной и модификаторной трубки HPC, загруженные соответствующими решениями.Выдвигайте шприц с помощью инфузионных насосов таким образом, чтобы раствор модификатора достигал кончика интерфейса. Установите собранный интерфейс CE-MS на корпус источника ионизации наноэлектронного распыления масс-спектрометра. Нанесите напряжение распыления 3-5 киловольт на интерфейс CE-MS.Настаивайте раствор модификатора с инфузионным насосом со скоростью потока от 0,1-10 микролитров в минуту и обеспечьте стабильное электрораспыление на кончике интерфейса CE-MS. Поместите флакон с образцом, содержащий BGE и автоматический пробоотборник, который будет использоваться позже для получения пустых электроферограмм и пустых масс-спектров. Оцените объем впрыска, используя соотношение между объемом впрыска и параметрами впрыска.И вводите образец раствора с помощью автоматического пробоотборника при двух PSI в течение соответствующего периода времени. Начните разделение СЕ с подачи электрофоретического напряжения 20 киловольт в давлении инфузии в диапазоне от 0-2 фунтов на квадратный дюйм и получите электроферограмму. Между тем, получение данных МС в хроматографическом режиме, где график ионного тока получается в зависимости от времени, а соответствующие сканирования МС не объединяются автоматически в единый спектр.Сохраните пустую электроферограмму и масс-спектры в качестве ссылок. Поместите флаконы с образцами, содержащие желаемые концентрации растворов образца белка, в автопробоотборник и получите электроферограммы и спектры MS1 электрофоретически разделенных и меченых дейтером белковых видов. Выполняйте тандемные измерения Ms.для интересующих видов либо после приобретения спектров MS1 в рамках того же прогона, либо в последующем отдельном прогоне.После каждого измерения промывайте капилляр БГЭ при давлении 20 фунтов на квадратный дюйм в течение не менее 10 минут. Очистите интерфейс CEMS и все трубки для хранения после завершения экспериментов. Получение набора данных образца конечной точки HDX с помощью MS в режиме прямой инфузии.Низкое инфузионное давление привело к лучшему разделению пиков CE, но привело к увеличению как времени миграции, так и продолжительности эксперимента. Более длительное время реакции HDX привело к более высокому уровню дедурации белковых аналитов. Дисперсия А и В бета-иммуноглобулина или бета-IG, которые отличаются только двумя аминокислотными остатками в их последовательности, привели к появлению двух адекватно разделенных пиков в электроферограмме, полученной из EIC.Дифференциальная дисперсия, меченая дейтерием, привела к отчетливому массовому распределению ионов. Наблюдалось более низкое число в относительном изобилии ионов Z, чем ионов C, из-за уникальной дисофированной связи в подтверждении бета-IG, которая ограничивает эффективность фрагментации между CS 82 и CS 176. Большинство фрагментов ионов, полученных из бета-IGA и бета-IGB, демонстрируют одинаковую степень поглощения дейтерия.Однако более крупные сегменты, охватывающие участки вариации последовательностей из бета-IGA, были дедурированы в значительно большей степени, чем бета-IGB. pH BGE регулируется в соответствии с изоэлектрической точкой образца, чтобы предотвратить агрегацию белка и облегчить разделение при сохранении комплекса.

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Analytical Chemistry

Chemistry

Unit 1

Principles of Mass Spectrometry

SCIENTISTS IN ACTION

Analyzing Protein Dynamics Using Hydrogen Exchange Mass Spectrometry

Анализируя Динамика белков с использованием водорода валютный масс-спектрометрии

All cellular processes depend on the functionality of proteins. Although the functionality of a given protein is the direct consequence of its unique ...

Submillisecond Conformational Changes in Proteins Resolved by Photothermal Beam Deflection

Submillisecond конформационные изменения в белках решены фототермического отклонения луча

Photothermal beam deflection together with photo-acoustic calorimetry and thermal grating belongs to the family of photothermal methods that monitor the ...

Visualization of Ambient Mass Spectrometry with the Use of Schlieren Photography

Визуализация Ambient масс-спектрометрии с использования шлирен Фото

This manuscript outlines how to visualize mass spectrometry ambient ionization sources using schlieren photography. In order to properly optimize the mass ...

An HS-MRM Assay for the Quantification of Host-cell Proteins in Protein Biopharmaceuticals by Liquid Chromatography Ion Mobility QTOF Mass Spectrometry

HS-мно Assay для количественного определения белков клетки хозяина в области биофармацевтики белка по жидкостной хроматографии ионной подвижности QTOF масс-спектрометрии

The analysis of low-level (1-100 ppm) protein impurities (e.g., host-cell proteins (HCPs)) in protein biotherapeutics is a challenging assay requiring ...

Microprobe Capillary Electrophoresis Mass Spectrometry for Single-cell Metabolomics in Live Frog (Xenopus laevis) Embryos

Microprobe Capillary Electrophoresis Mass Spectrometry for Single-cell Metabolomics in Live Frog Xenopus laevis Embryos

Рентгенофлуоресцентного капиллярного электрофореза масс-спектрометрии для метаболомики одноклеточных в жить лягушки (Xenopus laevis) эмбрионов

The quantification of small molecules in single cells raises new potentials for better understanding the basic processes that underlie embryonic ...

Characterization of Synthetic Polymers via Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Time of Flight (MALDI-TOF) Mass Spectrometry

Characterization of Synthetic Polymers via Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Time of Flight MALDI-TOF Mass Spectrometry

Характеризации синтетических полимеров через матрицы помогает лазерная десорбция ионизации время полета (MALDI-TOF) масс-спектрометрии

There are many techniques that can be employed in the characterization of synthetic homopolymers, but few provide as useful of information for end group ...

Large-scale Top-down Proteomics Using Capillary Zone Electrophoresis Tandem Mass Spectrometry

Крупномасштабные протеомики сверху вниз с использованием зоне капиллярного электрофореза тандем масс-спектрометрия

Capillary zone electrophoresis-electrospray ionization-tandem mass spectrometry (CZE-ESI-MS/MS) has been recognized as a useful tool for top-down ...

High-throughput and Comprehensive Drug Surveillance Using Multisegment Injection-Capillary Electrophoresis-Mass Spectrometry

Высок объём и всеобъемлющей наркотиков наблюдения с помощью масс-спектрометрии многосегментные инъекций капиллярного электрофореза

New analytical methods are urgently needed to enable high-throughput, yet comprehensive drug screening, given an alarming opioid and prescription drug ...

Setup of Capillary Electrophoresis-Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (CE-ICP-MS) for Quantification of Iron Redox Species (Fe(II), Fe(III))

Setup of Capillary Electrophoresis-Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry CE-ICP-MS for Quantification of Iron Redox Species FeII, FeIII

Установка капиллярной электрофорезной индуктивно соединенной плазменной масс-спектрометрии (CE-ICP-MS) для количественной оценки видов железного редокса (Fe (II), Fe (III))

Dyshomeostasis of iron metabolism is accounted in the pathophysiological framework of numerous diseases, including cancer and several neurodegenerative ...

Capillary Electrophoresis Mass Spectrometry Approaches for Characterization of the Protein and Metabolite Corona Acquired by Nanomaterials

Подходы масс-спектрометрии капиллярного электрофореза для характеристики белковой и метаболитовой короны, приобретенной наноматериалами

The adsorption of biomolecules from surrounding biological matrices to the surface of nanomaterials (NMs) to form the corona has been of interest for the ...