גל T-Ion Mobility-ספקטרומטריית מסה: הפרוצדורות בסיסי לניתוח חלבונים מורכבים

המטרה הכללית של הניסוי הבא היא לקבוע את הצורה הכללית של קומפלקסים חלבונים. זה מושג על ידי רכישת נתוני ניידות ברזל של ספקטרומטריית מסה עבור יוני קומפלקס חלבונים ומדידת ערכי זמן הסחיפה של כל מצב מטען. כשלב שני, תנאי הניסוי מאומתים על מנת להבטיח מדידות ניידות של מבני חלבון מקומיים.

לאחר מכן, ערכי זמן הסחיפה הנמדדים נמצאים בקורלציה עם שטחי חתך. התוצאות קובעות את ערכי חתך ההתנגשות של חלבונים או קומפלקסים של חלבונים עם מבנים תלת מימדיים לא ידועים. מידע זה מספק רמזים על צורתם הכוללת, אריזת תת-היחידות והטופולוגיה שלהם.

היי, אני יצחק לסקי מהמעבדה של מיקרופון, המחלקה לכימיה ביולוגית במכון וייסמן למדעים, ואני גם נעם קירשנבאום מהמעבדה של מי. היום נציג הליך של מדידת קומפלקסים של חלבוני חתך התנגשות באמצעות ספקטרומטריית מסה היברידית ומכשירי ניידות ברזל. אנו משתמשים בהליך זה במעבדה שלנו כדי לחקור את הצורה הכללית והארגון של קומפלקסים חלבונים.

אז בואו נתחיל. הליך זה מתמקד בניידות ברזל, ספקטרומטריית מסה או ניתוח IMM MS של קומפלקסים של חלבונים. שלבי הכנת הדגימה, כיול המכשיר ונהלי אופטימיזציה של MS ו-MS טנדם מודגמים בפרוטוקול JO קשור.

באופן כללי, פרוטוקול זה כולל ריכוזים מיקרו-מולאריים נמוכים של קומפלקס במאגר נדיף כגון אמוניום אצטט. בהתחשב בכך שנצרכים מיקרוליטר אחד עד שניים לכל נימי זרימת ננו, הכינו 10 עד 20 מיקרוליטר כנפח מינימלי כדי לאפשר אופטימיזציה של תנאי MS. כדי להתחיל בהליך זה, הגדר את הגל הנוסע או סינפת גל ה-T IMMS למצבי הפעולה הבאים של ניידות tof שבהם הגל המשולש והלחצים מוגדרים אוטומטית הן עבור IM והן עבור זמן הטיסה הפרדת יונים, רכישת יונים חיובית ומצב V, הגדרת נתיב היונים דרך צינור הטיסה והחזרת כל הגזים כאן.

חנקן משמש להפרדת IM וארגון לאזורי המלכודת וההעברה. הערכים ההתחלתיים המומלצים הם זרימת גז של 24 מיליליטר לדקה עבור מכשיר ה-IMS ו-1.5 מיליליטר לדקה עבור אזור המלכודת. לאחר מכן, הגדר את טווח רכישת יחס המטען של התורן עבור קומפלקס חלבון לא ידוע.

השתמש בתחילה בטווח מסה רחב, אשר לאחר מכן ניתן להפחית לערכים הרצויים, התאם את פרופיל MS בהתאם. ליעילות שידור מקסימלית עבור מתחמים גדולים, יש להגדיר את טווח מסת הרכישה מיחס טעינה של 1030 2000 MA ואת פרופיל MS לאוטומטי. אחרת, ניתן להגדיר את הפרופיל בהתאם לתרשים המוצג.

בדוק את הגדרת ה-RF ובמידת הצורך, התאם לערכים המתאימים למתחמי חלבון גדולים כפי שמוצג. לאחר מכן, טען את הדגימה, הפעל מתח נימי ולחץ זרימת ננו נמוך. לאחר תחילת הריסוס, נסה להפחית את לחץ זרימת הננו לערך מינימלי.

בנוסף, התאם את מיקום הנימים ביחס לקונוס, התאם את פרמטרי רכישת MS על מנת לרכוש ספקטרום MS שנפתר היטב. בצע אופטימיזציה של שיפוע הלחץ לאורך המכשיר וחרוט הדגימה, כמו גם את ההגדרות הפוטנציאליות של מלכודת ההטיה וההעברה של חרוט החילוץ כמפורט בפרוטוקול JoVE המשויך. למרות שפרמטרים אלה תלויים בדגימה, להלן התנאים המשמשים לרכישת ספקטרום MS של מסות ברזל שונות מפפטיד ועד קומפלקסים של חלבונים.

יונים גדולים דורשים אנרגיות התנגשות גבוהות יותר ומתח הטיה. מומלץ גם להגביר את הלחץ האחורי לניתוח קומפלקסים גדולים של חלבונים כדי למזער את הפעלת הקומפלקס. נסה להפחית בהדרגה בצעדים של כ-10 וולט, את מיצוי חרוט הדגימה, מלכודת החרוט ומתחי ההטיה מבלי לשנות את מיקום השיא.

לאחר קבלת ספקטרום מסה אופטימלי, יש להתאים את זמן הסחיפה או פרופיל ה-IM בעת ניתוח מכלולי חלבונים. תנאים אופטימליים הן למדידות מסה והן למדידות ניידות לרוב אינם תואמים. לכן, חשוב למצוא את האיזון הנכון בין השניים.

בסך הכל, יש לבצע אופטימיזציה של עלילת ניידות הברזל כך שהפסגות יתפזרו על פני כל טווח זמן הסחיפה ופרופיל השיא יהיה חלק. התקרבות להתפלגות ג'יאנית אסימטריית שיא משמעותית יכולה להיות קשורה להפרדה לקויה של קונפורמציות מרובות ניתן לכוונן את מהירות גל ה-T, גובה גל ה-T וקצב זרימת הגז IMS כדי לייעל את הפרדת הניידות. הגדלת מהירות גל ה-T מרחיבה את פרופיל התפלגות זמן הסחיפה.

בעוד שערכי גובה גל T מוגברים מצמצמים אותו, הגדלת זרימת הגז IMS החל ממינימום של 10 מיליליטר לדקה מעבירה את פרופיל זמן הסחיפה לעבר ערכים גבוהים יותר פועלים לייעול ספקטרום ניידות הברזל. על ידי תיקון שניים משלושת המשתנים ואופטימיזציה של השלישי, הגדר את מהירות גל ה-T ל-250 מטר לשנייה ואת זרימת הגז ל-24 מיליליטר לדקה. ואז כנקודת התחלה, הגדר את הגובה לשלושה וולט ובצורה מדורגת, הגדל אותו במרווחים של וולט אחד.

כאשר משתמשים במתחי הטיה גבוהים, מומלץ להפחית את לחץ הגז IMS ובדרך זו לאפשר את הירידה במתח ההטיה. כתוצאה מכך, הפעלה ודיסוציאציה מורכבים יצטמצמו. אפקט התהפכות יכול להופיע כאשר התנאים אינם אופטימליים, ונצפה כשיא זהה בחלק הראשון של ספקטרום זמני הסחיפה וקצה הזנב.

כאשר היונים אינם עוברים דרך מכשיר ה-IAM, למעשה המסע שלהם עשוי להימשך זמן רב יותר מהזמן הנדרש לשחרור חבילת הברזל הבאה לתא הניידות. כתוצאה מכך, חבורה חדשה של יונים משתחררת מאזור המלכודת לפני שהמנה הקודמת נמסרה לאזור הדוחף. כדי לחסל חפץ זה, הגדל את גובה גל ה-T והפחת את מהירות גל ה-T ולחץ ה-IMS.

בנוסף, ניתן לכוונן את זמן שחרור המלכודת. יתר על כן, חשוב לוודא שגובה גל ה-T להעברה מוגדר לחמישה וולט לפחות. כמו כן למניעת דליפת יונים לעבר תא ה-IMS.

יש לשמור על גובה מלכודת הניידות ברמות מקסימליות. מהירות נמוכה ומשרעת גבוהה של גלי T העברה עלולים להוביל לאדוות של פרופיל התפלגות זמן הסחיפה. חפץ זה מתרחש כאשר הפרדת הניידות של יונים אינה נשמרת באמצעות ההעברה והאזורים הקשים עקב סנכרון חלקי בין תדר הפושה למהירות גל ה-T של ההעברה.

כדי לבטל אפקט זה, יש לכוונן את זמן הדוחף או את מהירות גל ה-T של ההעברה. מכיוון שתדר הפושה קשור לטווח המסה, חפץ זה עשוי להופיע שוב. כאשר פרמטר זה משתנה.

לגובה גל ה-T יש השפעה מינורית. אם כי הפחתתו עשויה גם לסייע בהעלמת אדוות. לאחר אופטימיזציה של הפרמטרים הנ"ל, ניתן לרכוש את נתוני ה-IMMS כדי להשיג פתרון גבוה.

גברת קומפלקסים של חלבון Peaks מופעלים לעתים קרובות בתוך ספקטרומטר המסה כדי לקדם את הפשטת שאריות המים ורכיבי החיץ. עם זאת, אם אנרגיית ההפעלה מוגברת מעבר לערך סף, התפתחות חלקית יכולה להתרחש וליצור מצבי ביניים מרובים, שסביר להניח שלא יתאימו למבנה מצב הפתרון המקורי. כתוצאה מכך, שיא זמן הסחיפה עשוי להיות מוסט ומורחב המשקף את האוכלוסייה המימנית של מבנים שנפרשו.

על מנת להשיג נתוני זמן סחיפה התואמים למבני פאזת הפתרון, חיוני לשלוט בקפידה במתחים המשמשים להאצת יונים לפני הפרדת IM, ולכן להגדיל את מתח הנימים והחרוט באופן מדורג תוך ניטור ההשפעה על ספקטרום זמן הסחיפה. יתר על כן, עבור רזולוציית MS גבוהה, עדיף להגדיל את ההעברה ולא את מתח המלכודת. מכשיר ה-IM ממוקם ראשון ואחריו אזור ההעברה ומנתח ה-TOF.

מכיוון שההפעלה עוקבת אחר מדידת ה-IM נשארת ללא השפעה עבור IM, בעוד שניתן להגדיל את דיוק ה-MS כדי להבטיח שרכישת הנתונים מתבצעת בתנאים השומרים על המבנה המקורי של המתחם, חשוב לאסוף נתונים על פני מגוון תנאי ניסוי ופתרון במקום לדבוק בקבוצה אופטימלית אחת של פרמטרים. מסיבה זו, הגדל את מתח התנגשות המלכודת בצורה הדרגתית ורכוש נתונים במרווחים של 10 וולט תוך ניטור ההשפעה על פרופיל ניידות הברזל. לבסוף, כדי לזהות את האישורים שנפרשו ולהעריך את הנתונים שנרכשו, לגרום באופן ידני לדיסוציאציה של קומפלקס החלבון על ידי טיטרציה של הדגימה עם חומצה אצטית בטווח pH של שניים עד שבע ולתעד את הנתונים, המשך לנתח את הנתונים במערכת IMS של גל T, אזורי החתך המוגדרים על ידי גישת כיול זמן סחיפה, שימוש בחלבוני קין עם ערכי חתך ידועים.

ראשית, הכינו תמיסות חלבון בקליבר מפורק ב -10 מיקרומולר כל אחת. השתמש בציטוכרום סוסים C, סוס, מיוגלובין לב ויוביקוויטין בקר ב 49, 49 0.2 יחס נפח מים מתנול חומצה אצטית. לאחר מכן, רכוש נתוני IMMS עבור חלבוני הקליבר בדיוק באותם תנאי מכשיר המשמשים לחלבון המטרה או לקומפלקס החלבון, שמור על כל המתחים וערכי הלחץ זהים כדי לשמר את הגדרות ההפרדה של IM.

לאחר רכישת הנתונים, חלץ את ערך זמן הסחיפה הניסיוני עבור כל מטען. מצב חלבוני קין מתקנים כל אחד מזמני סחיפת הקליבר T ראשוני D באמצעות המשוואה הבאה שבה MOVZ הוא יחס המטען הראשי של היון הנצפה, ו-C הוא מקדם העיכוב המשופר של מחזור העבודה. ערכו בדרך כלל בין 1.4 ל-1.6 תלוי במכשיר.

ערך ה-EDC מצוין בתוך הגדרות רכישה אחת של המערכת, כרטיסיית הגדרת רכישה אחת, תקן כל אחד מחתכי הקליבר הן למצב מטען ברזל והן למסה מופחתת. כאשר אומגה C היא החתך המתוקן, אומגה היא חתך הספרות Z הוא מטען הברזל. מצב M הוא המשקל המולקולרי של יון הקיין, ו-MG הוא המשקל המולקולרי של הברזל.

גז רקע, שהוא בדרך כלל חנקן פלופ תלן של T ראשוני D כנגד תלן של אומגה C.העקומה המתקבלת תואמת את המשוואה הבאה. ניתן לחלץ את הפרמטרים X ו-A על ידי התאמת העלילה לקשר ליניארי. השיפוע X מתאים לגורם הפרופורציה המעריכית, ו-A מייצג את קבוע ההתאמה שנקבע.

חשב את מקדם מתאם ההתאמה R בריבוע. הערכים המקובלים עבור R בריבוע גדולים מ-0.95. ערך מקדם מתאם נמוך יותר עשוי לנבוע מהתפתחות לא מלאה של החלבון, הזדקנות הדגימה.

תנאי ניסוי שונים המשמשים לחלבוני הקליבר השונים, ספקטרום רועש ועיבוד לא שלם של נתונים או שגיאת חישוב. תקן את זמן הסחיפה של ca באמצעות הגורם האקספוננציאלי שנקבע X ואמת את החישובים שלך על ידי הקצאת אומגה C לעומת T ראשוני D.הגדר שוב, מקדם המתאם. יש לצפות לערכים גבוהים מ-0.95 בדומה לשלבים שתוארו קודם לכן, לתקן את זמן הסחיפה הנמדד של חלבון המטרה או קומפלקס החלבון ולכייל את זמן הסחיפה של חלבון המטרה או קומפלקס החלבון באמצעות הגורם המעריכי המחושב X.חשב את האומגה של חלבון המטרה או קומפלקס החלבון באמצעות קבוע ההתאמה שנקבע A כאשר אומגה שווה ל-TD. חזור על שלבים אלה עבור כל תנאי ניסוי.

בעת הגדרת שטח החתך של החלבון או קומפלקס החלבון הלא ידוע, אנו ממליצים לחזור על כל ניסוי לפחות שלוש פעמים ולקבוע את סטיית התקן של מדידות משולשות אלה לאחר קביעת ערכי חתך ההתנגשות. גישות מידול משמשות על מנת לחזות את הטופולוגיה או הסידורים של הקומפלקס. זה נעשה על ידי התאמת ערכי חתך ההתנגשות הניסיוניים בתוך ערכי אומגה סיליקו המחושבים ממבני מודל שנוצרו בסך הכל, תחום זה עדיין בשנותיו הראשונות ונדרש פיתוח נוסף כדי להפוך גישה זו לגנרית וישימה למגוון רחב של מתחמים.

ייצוג פני השטח של הצורה הטטרמרית של המוגלובין בקר מוצג כאן. קומפלקס ההמוגלובין של מוביל החמצן יכול לשמש דוגמה לגישה שהוזכרה לעיל. המוגלובין הוא קומפלקס חלבון טטרמרי המורכב משתי יחידות משנה אלפא ושתי בטא, בצבע כחול ואדום בהתאמה, היוצרות דימר של דימרים אלפא בטא.

ספקטרום ה-IMMS של ההמוגלובין מוצג כאן. ספקטרום ה-IM ms הנרכש של הקומפלקס חושף התפלגות סדרות מטען עיקריות המתאימה לסדרת המטען המרוכב השלמה והמינורית, המתאימה למסות של דימר אלפא בטא ותת-יחידות המשנה המונומריות אלפא ובטא. ה-CCS התיאורטי והמדוד של הצורות השונות של המוגלובין מוצג כאן.

ערכי זמן סחיפה שאוחזרו עבור מספר מצבי מטען של הצורות המרי והטטרמרי שימשו לחישוב ערכי האומגה. אלה הושוו לערכים התיאורטיים. בהתחשב בכך שלקומפלקס טטרמרי יש שלוש אפשרויות של אסוציאציה: או דיהדרלית מחזורית או אריזות דמויות שרשרת.

על ידי חישוב העלייה באומגה בעת מעבר מדימר לטטרמר, ניתן לחזות את הארגון המבני. מחקרים קודמים וניסויים שלנו הראו מתאם חזק בין ccss שנמדד לבין שטחי פני השטח של החלבון שמקורם בנתונים מובנים גבישי. ניתן להשתמש במתאם זה כדי לחשב את הגידול הצפוי בשטח הפנים של טטרמר בהשוואה לדימר עבור צורות האריזה השונות.

זה נעשה על ידי התייחסות לכל תת-יחידה כאובייקט אספרי. הרכבה דמוית שרשרת תגדיל את ה-CCS של הטטרמר בערך פי שניים בעוד שאריזת C ארבע או D שתיים תניב עלייה של כ-1.5 ו-1.67 בהתאמה. היחס המחושב בין ערכי ה-CCS הנמדדים של צורות ההמוגלובין הטטרמרי וה-DME היה 1.57 פלוס מינוס 0.03.

מספר זה ממחיש כי המבנה המקורי אינו מאורגן ליניארית, אלא מסודר בצורה קומפקטית יותר, כטטרמר מחזורי או דיהדרלי. כאשר חוזרים על אותו חישוב על המבנה הגבישי הנפתר של המוגלובין, היחס בין שטחי הפנים של צורות טטרמרי ל-DME היה 1.63, מה שמתאים לסימטריה D שתיים. ברור שהמודל הגיאומטרי הזה היה פשוט יותר ותת-יחידות החלבון אינן רק כדוריות.

עם זאת, חישוב זה מדגים את הפוטנציאל המרגש של IMMS לחשיפת אריזת קומפלקסים עם מבנים לא ידועים ברזולוציה גבוהה. זה עתה הראיתי לך כיצד למדוד את זמן הסחיפה של החלבון וקומפלקסי החלבון כרוכים כיצד לחשב את ערכי חתך ההתנגשות שלהם. בעת ביצוע הליך זה, חשוב לרכוש את נתוני ה-IMMS עבור חלבוני הקליבר תוך שימוש באותם תנאים בדיוק המשמשים עבור חלבון המטרה או קומפלקסי החלבון.

יתר על כן, אנו ממליצים בחום לחזור לפחות שלוש פעמים על ניסויים אלה ולקבוע סטיית תקן של מדידות משולשות אלה. אז זהו. תודה על הצפייה ובהצלחה בניסויים שלך.