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La biologie structurale repose sur la production de protéines de haute qualité 1 et a donc besoin d'être couplée à des techniques efficaces et fiables pour l'analyse des protéines 2,3. Dans notre spectrométrie de masse (MS) de laboratoire dans un institut de biologie structurale, nous devons vérifier la séquence primaire des protéines, d'évaluer la présence de mutations et de modifications post-traductionnelles, la dégradation des protéines, l'homogénéité de l'échantillon, et la qualité de marquage isotopique (par exemple deutéré protéines pour des études de résonance magnétique nucléaire 4). Depuis biologie structurale utilisent protéolyse limitée de distinguer les domaines structurellement rigides de parties flexibles, nous avons besoin de caractériser de façon fiable ces protéines tronquées en utilisant MS.
Lorsque biomolécules sont analysés par MS, deux approches possibles sont utilisés pour ioniser doucement ces molécules lourdes et labiles. Ionisation électrospray (ESI) ionise les molécules directement à partir de laphase liquide 5; désorption ionisation laser assistée par matrice (MALDI) exige que les biomolécules sont co-cristallisées avec des molécules organiques absorbant les ultraviolets (c.-à matrice molécules) 6.
ESI à temps de vol (TOF) MS couplée à la Chromatographie liquide est devenue une technique de routine pour l'analyse de protéines intactes, car elle permet de déterminer la masse avec une précision élevée (≤ 50 ppm). Cependant, il est tout à fait sensible à la composition du tampon d'échantillon (en particulier pour les détergents et les sels) et de contaminants (par exemple des polymères), qui sont parfois difficiles à éliminer, ce qui provoque la suppression du signal de l'analyte.
MALDI-TOF MS représente une alternative efficace au ESI-MS, car son rendement est moins affectée par des composants tampons, des détergents et des contaminants, et permet à la protéine intacte détermination de la masse avec une précision suffisante (≤ 500 ppm) pour la validation de la séquence. Après protein digestion, MALDI-TOF MS peut également être utilisé pour analyser les peptides obtenus pour une confirmation supplémentaire de la séquence primaire de la soi-disant «peptide de masse des empreintes digitales".
En nos mains, la détermination de la masse de protéines intactes qui sont plus grandes que 100 kDa et hétérogène (due à des modifications ou des troncatures), est plus facile par MALDI-MS que par ESI-MS. Cela est dû à l'absence de distributions d'état de charge qui se chevauchent présentes dans les spectres ESI. De plus, puisque le procédé MALDI ne dépend pas de la taille de l'analyte 7, de tels rendements de procédé haute sensibilité lorsqu'une masse biomolécule est supérieur à 100 kDa. Analyses remarquables de protéines intactes ont été effectuées en utilisant des instruments faits maison entre la fin des années 1980 et le début des années 1990 de 8-11.
MALDI-TOF peut également être utilisé comme outil de criblage pour évaluer la qualité des échantillons de protéines, car il nécessite moins de temps pour la préparation de l'échantillon et est moins sensible à INTERFERENCES dues à des impuretés courantes (par exemple sels). Après une première évaluation rapide par MALDI-MS, un échantillon peut être analysé en outre par ESI-TOF pour déterminer sa masse avec une précision plus élevée. En outre, MALDI génère des ions contenant moins de charges que ESI et donc l'acquisition et l'interprétation des données MALDI est plus simple. Cela permet aux étudiants travaillant dans la biologie structurale à analyser leurs protéines recombinantes juste après une brève formation.
Deux facteurs principaux influent sur la qualité des spectres MALDI: de la matrice et de la technique utilisée pour le dépôt de la matrice (par exemple des gouttelettes séchées 8 et la couche mince 12-16,17,18). Une matrice organique unique [par exemple l'acide sinapinique (SA) 19-21 ou-4-hydroxycinnamique α-cyano acide (α-ACSSD) 14,22,23] est souvent utilisé pour l'examen des protéines intactes et des complexes de protéines réticulées MS . Utilisation α-CHCA, groupe Chait déjà présenté un protocole détaillé pour preparing une couche ultra-mince avant l'analyse MALDI de protéines solubles et membranaires 14,15. Récemment, Gorka et al. Illustré la couche de cible à base de graphite pour améliorer l'analyse MALDI de peptides et de protéines en utilisant des α-CHCA comme matrice 24.
Ici, nous présentons un protocole simple pour l'analyse de protéines intactes par MALDI-TOF MS, en utilisant un mélange de deux matrices: l'acide 2,5-dihydroxybenzoïque (DHB) et l'α-CHCA 25. Nous avons systématiquement évalué les performances du mélange DHB-CHCA rapport aux matrices SA et α-CHCA, pour le contrôle des protéines intactes. Le mélange de la matrice permet une meilleure résolution (c'est à dire les pics de protéines sont beaucoup plus nettes). En outre, la présence d'intenses charges multiples ions (c. M +2 H 2 +, M +3 H 3 +, etc) permet une détermination de la masse plus précis parce que la résolution des instruments MALDI-TOF axiales est supérieure à la masse inférieure sur charge (m / z) 26. Ceci est particulièrement utile pour la détermination du poids moléculaire des protéines de plus de 100 kDa.
Sensibilité plus élevée est également accessible avec le mélange DHB-CHCA (0,5 pmoles de protéines repéré sur la cible MALDI).
Comme nous l'avons mentionné ci-dessus, un facteur important qui doit être considéré lors de l'utilisation instrument MALDI est le dépôt de matrice. Laugesen et al. Ont proposé l'utilisation de mélange DHB-CHCA pour la première fois 25, en utilisant le dépôt de gouttelettes séchées. Cependant, nous avons observé de meilleurs résultats (par exemple de sensibilité beaucoup plus élevée) lorsque nous avons utilisé le procédé en couche mince où la première couche est formée par la α-CHCA dissous dans de l'acétone. La couche mince Procédé 12,27 implique la formation d'un substrat homogène des cristaux de la matrice sur la cible MALDI, qui a été décrit dans une vidéo Jupiter 15 précédemment. Ensuite, l'échantillon est déposé sur ce substrat, et enfinmatrice supplémentaire est déposé (voir ci-dessous). Dans cet article, nous illustrons également comment déposer l'échantillon sur la cible MALDI, mais aussi la façon de nettoyer l'objectif de 15, la recristallisation, et préparons les matrices.
Pour conclure, nous visons à fournir toutes les informations nécessaires à l'analyse des protéines intactes pour les scientifiques (en particulier, les biologistes structurels) qui ont besoin d'évaluer la qualité des protéines produites de manière rapide et simple et qui ne sont pas si familier avec MALDI-TOF MS. Comme prévu à la mi-1990 28, MS a eu un impact accru sur la recherche biologique, que la possibilité de biologistes a augmenté. Nous espérons que les informations que nous avons fourni sera utile pour faire MALDI-TOF accessible aux biologistes et scientifiques qui souhaitent commencer à utiliser la spectrométrie de masse.