Methodenartikel

Eine Studie der Komplexierung von Quecksilber (II) mit Dicysteinyl Tetrapeptide durch Elektrospray-Ionisations-Massenspektrometrie

DOI:

10.3791/53536

⸱

8. Januar 2016

 , 
1Department of Chemistry and Biochemistry, University of North Carolina at Greensboro, 2Department of Chemistry, Winston-Salem State University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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Die Charakterisierung von Komplexen, die in verschiedenen relativen Verhältnissen von Quecksilber(II) zu Dicysteinyltetrapeptiden gebildet werden, wird mittels Elektrospray-Ionisationsorbitrap-Massenspektrometrie vorgestellt.

Zusammenfassung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In dieser Studie haben wir eine Methode zur Charakterisierung von Komplexen, die in unterschiedlichen relativen Verhältnissen von Quecksilber(II) zu Dicysteinyltetrapeptid gebildet werden, mittels Elektrospray-Ionisationsorbitrap-Massenspektrometrie untersucht. Diese Strategie basiert auf der vorangegangenen erfolgreichen Charakterisierung von Quecksilber-Dicysteinyl-Komplexen, an denen Tripeptide beteiligt sind, unter anderem unter Verwendung der Massenspektrometrie. Quecksilber(II)-chlorid und ein Dicysteinyltetrapeptid wurden in einem entgasten gepufferten Medium in unterschiedlichen stöchiometrischen Verhältnissen inkubiert. Die gebildeten Komplexe wurden anschließend auf einem Elektrospray-Massenspektrometer analysiert, das aus einem hybriden linearen Ionen- und Orbifallen-Massenanalysator bestand. Die Spektren der Elektrospray-Ionisations-Massenspektrometrie (ESI-MS) wurden im positiven Modus aufgenommen und die beobachteten Peaks wurden dann auf unterschiedliche Quecksilber-Isotopenverteilungsmuster und die damit verbundenen monoisotopischen Peaks analysiert. Diese Arbeit zeigt, dass eine genaue Stöchiometrie von Quecksilber und Peptid in den Komplexen, die unter bestimmten Elektrospray-Ionisationsbedingungen gebildet wurden, mit Hilfe von hochauflösenden ESI-MS auf der Grundlage unterschiedlicher Quecksilber-Isotopenverteilungsmuster bestimmt werden kann.

Einleitung

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Aktuelle klinische Medikamente, die zur Chelattherapie der Quecksilbervergiftung1 verschrieben werden, enthalten Thiolgruppe(n), die für die Bindung und Sequestrierung von Quecksilberionenverantwortlich ist 2,3. Studien haben jedoch gezeigt, dass diese kleinen Thiolverbindungen [Dimercaptobernsteinsäure (DMSA) und Dimercaptopropan-Sulfonsäure (DMPS)] nicht optimal für die Quecksilberchelattherapiesind 4-6. Daher besteht die Notwendigkeit, die Assoziation und die Komplexbildungstendenzen von Quecksilber mit Thiolen zu verstehen, um das rationale Wirkstoffdesign von Thiolverbindungen für die Quecksilberchelatbildung zu verbessern. Kürzlich haben wir berichtet, dass n-Alkyl- und Aryldicysteinyl-Tripeptide mit Dithiolgruppen als effektive "Doppelanker" dienen können, um die Koordinationsstellen von Quecksilber(II) aufzunehmen, um 1:1 Quecksilber(II):p Eptid und 1:2 Quecksilber(II):(Peptid)2 Komplexezu bilden 7. Darüber hinaus untersuchten wir den Einfluss einer Erhöhung der Cysteinylreste auf komplexe Typbildungen8. In dieser Studie untersuchen wir die Assoziation von Quecksilber(II) mit zwei Dicysteinyltetrapeptiden, wobei die Cysteinylreste durch zwei Aminosäurereste getrennt sind. Um die Wirkung von Hilfsbindungsgruppen für Quecksilber zu bewerten, sind die dazwischen liegenden Aminosäuren entweder zwei Glycinreste (unsubstituiert) oder zwei Glutaminsäurereste (gamma-carboxyliert).

Die Reaktion des Cysteinylpeptids mit Quecksilber(II) erfordert Bedingungen, die die Oxidation der Cysteinylthiolgruppen zur Bildung von Disulfidbindungen verhindern9. Darüber hinaus hängt die Assoziation von Quecksilber(II) mit Cysteinylpeptiden zur Bildung verschiedener Arten von Quecksilber-Peptid-Komplexen von dem Anfangsverhältnis von Quecksilber(II:Peptid) in dem Reaktionsgemischab 7,8. Die Arten von Quecksilber-Peptid-Komplexen, die in diesen Reaktionsgemischen gebildet werden, können durch Weichionisations-Massenspektroskopie analysiert werden, die ein empfindliches Analysewerkzeug zur Bestimmung der Spezieswechselwirkungen zwischen Metallionen und Peptiden10-14 ist. Dementsprechend wird es ein Profil der verschiedenen Arten von mercuriierten Peptidaddukten liefern, die unter einer bestimmten Elektrospray-Ionisationsbedingung gebildet werden. Hier zeigen wir, wie Cysteinylpeptide und Quecksilber(II)-chlorid-Lösungen in entgaster Ammoniumformiat-Pufferlösung hergestellt werden können, die mit Argon überzogen ist, um die Oxidation zu minimieren. Durch die Reaktion unterschiedlicher Moläquivalente von Quecksilber(II) mit Dicysteinyltetrapeptiden zeigen wir, wie sich das Ausgangsverhältnis von Quecksilber(II):p Eptid auf die Art der gebildeten Komplexe auswirkt. Wir werden auch zeigen, wie die Elektrospray-Ionisations-Massenspektrometrie (ESI) als Charakterisierungswerkzeug verwendet werden kann, um eine genaue Stöchiometrie von Quecksilber zu Peptid in den gebildeten Komplexen zu ermöglichen. Das zugehörige Videoprotokoll wird die experimentellen Bedingungen für die Herstellung der Quecksilberkomplexe, das Verfahren zur Analyse der Reaktionsgemische unter spezifizierten Elektrospray-Ionisationsbedingungen und die Charakterisierung der Stöchiometrien von Quecksilber(II)-dicysteinyltetrapeptid-Komplexen, basierend auf den unterschiedlichen Quecksilber-Isotopenverteilungsmustern, unter Verwendung des ChemCal-Programms15 demonstrieren. Es soll denjenigen helfen, die daran interessiert sind, die ESI-Orbitrap-Massenspektrometrie zur Analyse verschiedener Komplexe zu nutzen, die aus Metallionen bestehen, die in unterschiedlichen Isotopenformen vorliegen.

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Protokoll

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Hinweis: Bitte beachten Sie alle relevanten Sicherheitsdatenblätter (MSDS) vor dem Gebrauch. Quecksilberchlorid ist eine giftige Chemikalie. Persönliche Schutzausrüstung (Handschuhe, Schutzbrille und Labormantel) muss bei der Abgabe ist es und alle damit verbundenen Lösungen getragen werden. Entsorgen Sie die Lösungen in klar beschriftet für Schwermetalle bezeichnet chemische Abfallflaschen.

1. Herstellung von 5 mM Entgastes Ammoniumformiat-Puffer, pH 7,5

  1. Aufzulösen 0,1576 g Ammoniumformiat-Puffer in 450 ml Wasser mit HPLC. Einstellen des pH der obigen Lösung mit 1 M Ameisensäure und 1 M Ammoniumhydroxid auf 7,5. Diese Lösung in einen 500-ml-Messkolben und fügen HPLC-Wasser bis zur Marke, um eine 5 mM Ammoniumformiat-Lösung zu machen.
  2. Entgasen das 5 mM Ammoniumformiat-Puffer bei einem Vakuum-System für 10 Minuten und Spülung mit Argon. Zweimal wiederholen und Filiallösung unter Argon. Am Tag der Anwendung filtern die Pufferlösung durch einen 0,2 Mikron-Filter vor deme Gebrauch.

2. Herstellung von Quecksilber (II) -chlorid-Lösungen

  1. Abwiegen 0,2375 g Quecksilber (II) -chlorid. Löst ihn in 25 ml von 5 mM Ammoniumformiat-Puffer, um eine 0,035 M Quecksilber (II) -chlorid-Lösung zu erzeugen.
  2. Hinzufügen 0,214 ml von 0,035 M Quecksilber (II) -chlorid-Lösung bis 9.785 ml 5 mM Ammoniumformiat-Puffer, um einen 7,5 x 10 -4 M-Lösung. Decke die 7,5 x 10 -4 M Quecksilber (II) Lösung mit Argongas.

3. Herstellung von CGGC Stammlösung

  1. Aufzulösen 2,0 mg des dicysteinyl Tetra CGGC, in 0.118 ml Acetonitril von HPLC-Qualität und fügen 1,0647 ml 5 mM Ammoniumformiat, pH 7,5 Puffer, der in Argon entgast wurde, um eine 5 mM Stammlösung zu ergeben CGGC.
  2. Fügen Sie 225 ul der 5 mM CGGC Stammlösung zu 1275 ul 5 mM Ammoniumbildung pH 7,5-Puffer, um eine 7,5 x 10 -4 M CGGC Lösung.

4. Vorbereitungverschiedener Reaktions Mischungen von Quecksilber (II) und CGGC

  1. Herstellung 1: 0,5-Verhältnis von Quecksilber (II): CGGC Lösung
    1. Platzieren 255 ul 5 mM Ammoniumformiat, pH 7,5-Puffer in ein 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen. Werden 30 & mgr; l von 7,5 x10 -4 M Quecksilber (II) -chlorid-Lösung in 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen mit dem Ammoniumformiat-Puffer.
    2. Vortex die Lösung für 10 Sek. Dann fügen Sie 15 ul 7,5 x 10 -4 M CGGC Lösung in den 1,5-ml-Mikro. Vortex die Lösung für 10 Sek. Lassen Sie die Lösung stehen für 10 Minuten vor der Injektion in das Massenspektrometer.
  2. Herstellung von 1: 1-Verhältnis von Quecksilber (II): CGGC Lösung
    1. Platzieren 240 ul 5 mM Ammoniumformiat, pH 7,5-Puffer in ein 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen. Werden 30 & mgr; l von 7,5 x10 -4 M Quecksilber (II) -chlorid-Lösung in 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen mit dem Ammoniumformiat-Puffer.
    2. Vortex die Lösung für 10 Sek. DannAdd 30 ul 7,5 x 10 -4 M CGGC Lösung in den 1,5-ml-Mikrozentrifugenröhrchen. Wiederholen Sie in einer ähnlichen Weise, wie in Abschnitt 4.1 beschrieben.
  3. Herstellung von 1: 2-Verhältnis von Quecksilber (II): CGGC Lösung
    1. Platzieren 210 ul 5 mM Ammoniumformiat, pH 7,5-Puffer in ein 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen. Werden 30 & mgr; l von 7,5 x10 -4 M Quecksilber (II) -chlorid-Lösung in 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen mit dem Ammoniumformiat-Puffer.
    2. Vortex die Lösung für 10 Sek. Dann fügen Sie 60 ul von 7,5 x 10 -4 M CGGC Lösung in den 1,5-ml-Mikrozentrifugenröhrchen. Wiederholen Sie in einer ähnlichen Weise, wie in Abschnitt 4.1 beschrieben.

5. Vorbereitung der MOEL-Stammlösung

  1. Man löst 3,5 mg des dicysteinyl Tetrapeptid, MOEL, in 0.145 ml Acetonitril von HPLC-Qualität, um das Peptid zu lösen. Fügen 13,067 ml 5 mM Ammoniumformiat, pH 7,5 Puffer, der in Argon entgast wurde, um 0,5 m zu erzeugenM MOEL-Lösung.
  2. Vortex die Lösung, bis alle Peptid wird aufgelöst. Hinzufügen von 1,125 ml 0,5 mM MOE-Lösung und 0,375 ml von 5 mM Ammoniumformiat, pH 7,5-Puffer in ein 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen, eine 7,5 x 10 -5 M MOE Lösung zu ergeben. Vortex, bis gemischt.

6. Herstellung von verschiedenen Reaktions Mischungen von Quecksilber (II) und den MOEL-Lösung

  1. Herstellung 1: 0,5-Verhältnis von Quecksilber (II): MOE Lösung
    1. Platzieren 255 ul 5 mM Ammoniumformiat, pH 7,5-Puffer in ein 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen. Werden 30 & mgr; l von 7,5 x10 -4 M Quecksilber (II) -chlorid-Lösung in 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen mit dem Ammoniumformiat-Puffer.
    2. Vortex die Lösung für 10 Sek. Dann fügen Sie 15 ul 7,5 x 10 -4 M MOEL-Lösung in die 1,5-ml-Mikrozentrifugenröhrchen. Wiederholen Sie in einer ähnlichen Weise, wie in Abschnitt 4.1 beschrieben.
  2. Herstellung von 1: 1-Verhältnis von Quecksilber (II): MOE Lösung
    1. Zeigen 24081; l von 5 mM Ammoniumformiat, pH 7,5-Puffer in ein 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen. Werden 30 & mgr; l von 7,5 x10 -4 M Quecksilber (II) -chlorid-Lösung in 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen mit dem Ammoniumformiat-Puffer.
    2. Vortex die Lösung für 10 Sek. Dann fügen Sie 30 ul 7,5 x 10 -4 M MOEL-Lösung in die 1,5-ml-Mikrozentrifugenröhrchen. Wiederholen Sie in einer ähnlichen Weise, wie in Abschnitt 4.1 beschrieben.
  3. Herstellung von 1: 2-Verhältnis von Quecksilber (II): MOE Lösung
    1. Platzieren 210 ul 5 mM Ammoniumformiat, pH 7,5-Puffer in ein 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen. Werden 30 & mgr; l von 7,5 x10 -4 M Quecksilber (II) -chlorid-Lösung in 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen mit dem Ammoniumformiat-Puffer.
    2. Vortex die Lösung für 10 Sek. Dann fügen Sie 60 ul von 7,5 x 10 -4 M MOEL-Lösung in die 1,5-ml-Mikrozentrifugenröhrchen. Wiederholen Sie in einer ähnlichen Weise, wie in Abschnitt 4.1 beschrieben.

7. Analyzing Die Reaktionsgemische von Quecksilber (II) und CGGC Proben von Orbitrap ESI-Massenspektrometrie

  1. Vorbereiten des ESI-Massenspektrometer 16
    1. Zeichnen Sie 100 ul Eichstandards in einen 500 & mgr; l-Glasspritze.
    2. Legen Sie die Spritze in der Spritzen Wiege der MS Pumpe, befestigen Sie den Schlauch, und injizieren in die Masse Spektralphotometer.
    3. Richten Sie den Dateinamen für den Lauf, indem Sie auf das Dateisymbol und geben Sie den Dateinamen.
    4. Wählen Sie erwerben Daten Schaltfläche in der Datenerfassungsmodul und sammeln Sie 150 Scans.
    5. Analyse des Chromatogramms, um die Kalibrierungsstandards durch Öffnen Datenverarbeitungsmodul der Software zu überprüfen. Öffnen Sie das Modul, gehen Sie im Menü Datei und wählen Sie "Öffnen", und wählen Sie die Datei im Dialogfeld. Sicherzustellen, dass die Peaks im Chromatogramm korrelieren mit der Masse, um Verhältnisse der Standards zu berechnen.
    6. Reinigen Sie den 500 ul Glasspritze durch die Erstellung von 500 ul HPLC-Qualität Methanol, dann verzichten die mEthanol in einem Becherglas.
    7. Auszuarbeiten 500 ul HPLC-Qualität Methanol in das Glas Spritze und spülen Sie das System gemäß Schritt 7.1.2.
    8. Wählen Sie die Methode Setup-Modul der Software, um die Parameter einzustellen. Wählen Sie den Scan-Modus-Menü und Identifizierung der Analysator FTMS, und klicken Sie auf "OK". Dann, indem Sie auf die verschiedenen Symbole auf der Echtzeit-Ansicht Spektrum Seite, die folgenden Parameter: Mantel Gasdurchsatz: 10, Quelle Temperatur: 0, Kapillare Spannung: 37 V, U-Objektiv: 95 V, Spray Spannung: 4,20 kV , Durchflussmenge 10,00 & mgr; l / min, Analyzer: FTMS, Anzahl der Scans: 150.
  2. Laufende CGGC Proben auf ESI-Massenspektrometer
    1. Führen Sie das 5 mM Ammoniumformiat pH 7,5 Puffer.
      1. Zeigen 500 ul 5 mM Ammoniumformiat-Puffer in die 500 & mgr; l-Glasspritze, legen Sie sie in die Spritze Wiege der MS-Pumpe, und befestigen Sie den Schlauch.
      2. Pufferlauf durch die Rohrleitung für 1-2 min.
      3. Richten Sie den Dateinamen für den Laufindem Sie auf das Dateisymbol und geben Sie den Dateinamen.
      4. Wählen Sie erwerben Schaltfläche Daten in das Modul und sammeln Sie 150 Scans.
      5. Klicken Sie auf den Schalter zum Sammlung zu stoppen, nachdem 150 Scans gesammelt werden.
      6. Öffnen Sie den Daten-Browser-Modul, dann gehen Sie im Menü Datei und wählen Sie "Öffnen", und wählen Sie die Datei im Dialogfeld. Stellen Sie sicher, dass keine Peaks bei 483, 683, 1163 und 1363 m / z vorhanden sind, die das Peptid oder Quecksilber (II) -Peptid-Komplexe ähnlich sind.
    2. Führen Sie das 1: 0,5 Quecksilber (II): CGGC Verhältnis Lösung.
      1. Platzieren 250 ul 1: 0,5 Quecksilber (II): CGGC Verhältnis der Probe in die Spritze.
      2. Legen Sie die Spritze in die Spritzen Wiege der MS Pumpe, befestigen Sie den Schlauch und die Vorrichtung vorzubereiten.
      3. Wählen Sie einen Dateinamen für die Sicht, indem Sie auf das Dateisymbol und geben Sie den Dateinamen.
      4. Drücken Sie die acquire Daten Schaltfläche in der Datenerfassungsmodul und sammeln Sie 150 Scans und klicken Sie auf die Schaltfläche Ausführen, um die Sammlung zu stoppen.
      5. Öffnen Sie das Modul, gehen Sie im Menü Datei und wählen Sie "Öffnen", und wählen Sie die Datei im Dialogfeld. Stellen Sie sicher, dass das Chromatogramm enthält Peaks, einschließlich der für den CGGC Peptid allein.
      6. Durch Absaugen mit 500 ul Ammoniumformiat-Puffer, und dann Abgeben der Ammoniumformiat-Puffer in ein Becherglas zu waschen die Spritze.
      7. Wählen Sie das Abfall Taste auf der MS und spülen Sie den Schlauch dreimal mit 500 & mgr; l Ammoniumformiat-Puffer.
      8. Durch Absaugen mit 500 ul Methanol und dann Abgeben der Methanol in ein Becherglas zu waschen die Spritze.
      9. Spülen Sie die Schläuche einmal mit 500 ul Methanol.
      10. Wählen Lastdetektor Taste auf die MS.
      11. Gib 500 ul der Ammoniumformiat-Puffer, um die Spritze.
      12. Legen Sie die Spritze in die Spritzen Wiege der MS Pumpe, befestigen Sie den Schlauch und die Vorrichtung vorzubereiten.
      13. Wählen Sie einen Dateinamen für den Puffer, indem Sie auf das Dateisymbol und geben Sie den Dateinamen ausführen.
      14. Drücken Siedie acquire Datentaste und sammeln Sie 150 Scans und klicken Sie auf die Stopp-Taste RUN.
      15. Öffnen Sie den Daten-Browser-Modul, gehen Sie im Menü Datei und wählen Sie "Öffnen", und wählen Sie die Datei im Dialogfeld. Stellen Sie sicher, dass das Chromatogramm ist nichtig von Gipfeln aus dem vorherigen Hg: CGGC Lauf.
    3. Führen Sie den 1: 1-Quecksilber (II): CGGC Verhältnis Lösung.
      1. Platzieren 250 ul 1: 1 Quecksilber (II): CGGC Verhältnis Probe in die Spritze.
      2. Wiederholt in einer ähnlichen Weise wie für die Schritte 7.2.2.2 bis 7.2.2.15 beschrieben.
    4. Führen Sie den 1: 2 Quecksilber (II): CGGC Verhältnis Lösung
      1. Platzieren 250 ul 1: 2 Quecksilber (II): CGGC Konzentration Probe in die Spritze.
      2. Wiederholt in einer ähnlichen Weise wie für die Schritte 7.2.2.2 bis 7.2.2.15 beschrieben.

8. Die Analyse der Reaktionsgemische von Merkur und MOEL Proben von Orbitrap ESI-Massenspektrometrie

  1. Laufende MOEL Proben auf ESI-Massenspektrometer
    1. Wiederholen Sie die Analyseverfahren (Schritte von 7,1 bis 7,2) mit MOEL Proben und Reaktionsgemische von Quecksilber (II) und den MOEL an verschiedenen stöchiometrischen Verhältnissen.

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Ergebnisse

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Eine Studie wurde durchgeführt, um die mögliche Quecksilber-Peptid-Komplex-Zusammensetzung für zwei Tetrapeptiden, CGGC und den MOEL (Abbildung 1) durch ESI-Massenspektrometrie zu charakterisieren. Komplexe von Quecksilber (II) mit CGGC oder MOE wurden durch Umsetzung der Mischungen aus Quecksilber untersucht (II) und Peptidlösungen in drei verschiedenen Molverhältnissen: 1: 0,5, 1: 1 und 1: 2 (Quecksilber (II): Peptid) . Die Konzentration von Quecksilber (II) betrug 7,5...

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Diskussion

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Das hydrophobe dicysteinyl Tetra CGGC (C 10 H 18 N 4 O 5 S 2; Mw = 338) (Figur 1) bildet Komplexe mit Quecksilber (II), wie in Abbildung 2 dargestellt und in Tabelle 1 Zusätzlich Peptid-Dimere und Trimere bildet. inkrementell als die Menge des Peptids erhöht sich in der Reaktionsmischung. Wie durch die m / z-Werte der zugehörigen Dimere [(2M + H) + = 677] und Trimere gezeigt [(3M + H...

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Offenlegungen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Es gibt keine Offenlegung für die gemeldeten Arbeiten.

Danksagungen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

MN-S erkennt an Unterstützung von der National Science Foundation, RUI gewähren CHE 1011859. Die Autoren danken der Triad-Massenspektrometrie der Einrichtung an der Universität von North Carolina in Greensboro für die Verwendung des Thermo Fisher Scientific LTQ Orbitrap XL-Massenspektrometer. Die Autoren danken Daniel Todd, Vincent Sica und Brandie Erhmann an der Universität von North Carolina in Greensboro für Anregungen und Kommentare zu dieser Arbeit.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Quecksilber(II)-chloridSigma-Aldrich429724hochgiftiges
AmmoniumformiatSigma-Aldrich516961
AmeisensäureSigma-AldrichF0507
AmmoniumhydroxidFisherA512-P500
HPLC WasserFisherW5-4
HPLC AcetonitrilFisherBP2405-1
HPLC-MethanolFisherA452-4

Referenzen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
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Schlagwörter

Quecksilber II KomplexierungOrbitrap MassenspektrometrieQuecksilber IsotopenverteilungPeptidkomplexanalyseTandem MassenspektrometrieBuffer EntgasungProbenvorbereitungLadungszustandsanalyseMetallionen Chelatisierung

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