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Biología estructural se basa en la producción de proteínas de alta calidad 1 y por lo tanto tiene que ir acompañada de técnicas eficientes y confiables para el análisis de proteínas 2,3. En nuestra espectrometría de masas (MS) de laboratorio dentro de un instituto de biología estructural que necesitamos para confirmar la secuencia primaria de proteínas, evaluar la presencia de mutaciones y modificaciones posteriores a la traducción, la degradación de proteínas, la homogeneidad de la muestra, y la calidad de marcaje isotópico (por ejemplo deuterado proteínas para estudios de resonancia magnética nuclear 4). Dado que los biólogos estructurales utilizan la proteólisis limitada para distinguir los dominios estructuralmente rígidas a partir de piezas flexibles, tenemos que caracterizar de forma fiable estas proteínas truncadas usando MS.
Cuando las biomoléculas son analizados por MS, dos posibles enfoques se utilizan para ionizar suavemente tales moléculas pesadas y lábiles. Ionización por electropulverización (ESI) ioniza moléculas directamente desde elfase líquida 5; ionización desorción por láser asistida por matriz (MALDI) requiere que las biomoléculas se co-cristalizado con moléculas orgánicas absorben en el ultravioleta (es decir, la matriz de moléculas) 6.
ESI-tiempo de vuelo (TOF) MS acoplada a cromatografía de líquidos se ha convertido en una técnica de rutina para el análisis de proteínas intactas, ya que permite la determinación de masa con alta precisión (≤ 50 ppm). Sin embargo, es muy susceptible a la composición del tampón de muestra (en particular a las sales y detergentes) y a los contaminantes (es decir, polímeros) que a veces son difíciles de eliminar, provocando la supresión de la señal de analito.
MALDI-TOF MS representa una alternativa eficaz a ESI-MS debido a que su rendimiento se ve menos afectada por los componentes del tampón, detergentes y contaminantes, y permite la determinación de masa de la proteína intacta con una precisión suficiente (≤ 500 ppm) para la validación de secuencia. Después de proteinurian digestión, MALDI-TOF MS puede también utilizarse para analizar los péptidos obtenidos para una mayor confirmación de la secuencia primaria por el llamado "peptide mass fingerprinting".
En nuestras manos, la determinación de la masa de proteínas intactas, que son mayores que 100 kDa y heterogénea (debido a modificaciones o truncamientos), es más fácil por MALDI-MS que por ESI-MS. Esto es debido a la falta de distribuciones de estado de carga superpuestas presentes en los espectros de ESI. Por otra parte, ya que el proceso MALDI no depende del tamaño de analito 7, tales rendimientos método de alta sensibilidad cuando una masa biomolécula está por encima de 100 kDa. Análisis notables de proteínas intactas se llevaron a cabo utilizando instrumentos caseros entre el final de la década de 1980 y principios de la 1990 de 8-11.
MALDI-TOF puede también ser utilizado como herramienta de cribado para evaluar la calidad de las muestras de proteínas, ya que requiere menos tiempo para la preparación de la muestra y es menos susceptible a INTERFERENces debido a las impurezas comunes (por ejemplo, sales). Después de un primero, la evaluación rápida por MALDI-MS, una muestra puede ser analizada más por ESI-TOF para determinar su masa con una exactitud más alta. Además, MALDI genera iones que contienen un menor número de cargos que ESI y por lo tanto la adquisición y la interpretación de datos de MALDI es más sencillo. Esto permite a los estudiantes que trabajan en la biología estructural para analizar sus proteínas recombinantes justo después de un breve entrenamiento.
Dos factores principales que influyen en la calidad de los espectros de MALDI: la matriz y la técnica utilizada para la deposición de matriz (por ejemplo, la gotita se secó 8 y la capa delgada 12-16,17,18). Una sola matriz orgánica [por ejemplo, ácido sinapínico (SA) 19-21 o-4-hidroxicinámico α-ciano ácido (α-CHCA) 14,22,23] se utiliza a menudo para el examen de MS de proteínas intactas y complejos de proteínas reticuladas . El uso de α-CHCA, grupo Chait presentó previamente un protocolo detallado para preparing una capa ultra fina antes del análisis MALDI de proteínas solubles y de membrana 14,15. Recientemente, Gorka et al. Ilustra el recubrimiento de destino a base de grafito para mejorar el análisis de MALDI de péptidos y proteínas utilizando α-CHCA como matriz 24.
Aquí, se presenta un protocolo simple para el análisis de proteínas intactas por MALDI-TOF MS, utilizando una mezcla de dos matrices: ácido 2,5-dihidroxibenzoico (DHB) y α-CHCA 25. Se evaluó sistemáticamente el rendimiento de la mezcla de DHB-CHCA en comparación con las matrices de SA y α-CHCA, para el control de las proteínas intactas. La mezcla de la matriz permite una mejor resolución (es decir, los picos de las proteínas son mucho más aguda). Por otra parte, la presencia de iones intensos múltiples cargas (es decir, M +2 H + 2, H 3 H 3 +, etc) permite una determinación de la masa más precisa debido a que la resolución de los instrumentos de MALDI-TOF axiales es mayor a menor masa sobre carga (m / z) 26. Esto es particularmente útil para la determinación del peso molecular de las proteínas de más de 100 kDa.
Una mayor sensibilidad también se alcanza mediante la mezcla de DHB-CHCA (0,5 pmoles de proteína manchas en la diana MALDI).
Como mencionamos anteriormente, un factor importante que se debe considerar al utilizar instrumentos MALDI es la deposición de la matriz. Laugesen et al. Propusieron el uso de la mezcla de DHB-CHCA por primera vez 25, la utilización de la deposición de gotitas que se secó. Sin embargo, hemos observado mejores resultados (por ejemplo, sensibilidad mucho más alta) cuando se utilizó el método de capa fina en donde la primera capa está formada por la α-CHCA disuelto en acetona. La capa delgada método de 12,27 implica la formación de un sustrato homogénea de cristales de la matriz sobre la diana de MALDI, que se describió en un video Júpiter previamente 15. Luego, la muestra se deposita sobre este substrato, y finalmentematriz adicional se deposita (ver más abajo). En este artículo, también ilustran cómo depositar la muestra en la diana MALDI, sino también la forma de limpiar el objetivo del 15, para recristalizar, y preparamos las matrices.
Para concluir nuestro objetivo es ofrecer toda la información necesaria para el análisis de proteínas intactas para los científicos (en particular, los biólogos estructurales) que necesitan para evaluar la calidad de las proteínas producidas de una manera rápida y sencilla y que no están tan familiarizados con MALDI-TOF MS. Como se predijo, a mediados de la década de 1990 28, MS ha tenido un mayor impacto en la investigación biológica, como su accesibilidad a los biólogos ha aumentado. Esperamos que la información que ha entregado será útil para hacer MALDI-TOF accesible para los biólogos y científicos que deseen comenzar a utilizar la espectrometría de masas.