方法論記事

タンデムイオン移動度実験のための周期的イオン移動度分光計の使用

DOI：

10.3791/63451

⸱

2022年1月20日

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1INRAE, UR BIA, F-44316 Nantes, France, 2INRAE, BIBS Facility, F-44316 Nantes, France

この記事について

サマリー

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イオン移動度分析(IMS)は、生体分子の特性評価のための質量分析を補完する興味深いものであり、特に異性化に敏感であるためです。このプロトコルは、分子の単離とその断片の移動度プロファイルの生成を可能にするタンデムIMS(IMS/IMS)実験を記述します。

要約

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化学構造の正確な特性評価は、その根底にある生物学的メカニズムと機能的特性を理解するために重要です。質量分析(MS)は一般的なツールですが、すべての構造的特徴を完全に明らかにするには必ずしも十分ではありません。例えば、炭水化物は生物学的に関連性があるが、それらの特性評価は多数のレベルの異性化によって複雑である。イオン移動度分光法(IMS)は、イオン立体構造に敏感であり、したがって異性性に敏感であるため、興味深い補完物です。

さらに、最近の進歩により、この技術が大幅に改善されました:前世代のサイクリックIMS計測器は、分解能の向上やタンデムイオンモビリティ(IMS/IMS)実験の実行可能性など、リニアIMS計測器と比較して追加の機能を提供します。IMS/IMS では、イオンの移動度に基づいてイオンが選択され、断片化され、再分析されて、その断片に関するイオン移動度情報を取得します。最近の研究は、このようなIMS/IMSデータに含まれる断片の移動度プロファイルが、特定のグリカンのフィンガープリントとして機能し、構造的に関連する方法でグリコミクスデータセットを編成するための分子ネットワーキング戦略に使用できることを示した。

したがって、このプロトコルの目的は、サンプル調製から再現可能なスペクトルを生成するイオン移動度寸法の最終的な衝突断面(CCS)較正まで、IMS/IMSデータを生成する方法を記述することです。1つの代表的なグリカンの例を挙げると、このプロトコルは、サイクリックIMS機器上にIMS/IMS制御シーケンスを構築する方法、IMS到着時間をドリフト時間(すなわち、イオンに適用される有効な分離時間)に変換するためにこの制御シーケンスを考慮する方法、および生データから関連するモビリティ情報を抽出する方法を示す。このプロトコルは、IMS/IMS 実験の重要なポイントを明確に説明し、新しいサイクリック IMS ユーザーが簡単で再現可能な集録を実行するのに役立つように設計されています。

概要

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生体分子の完全な化学的特性評価は、その根底にある生物学的および機能的特性を理解するための鍵です。この目的のために、近年、「オミックス」科学が発展し、生物学的濃度での化学構造の大規模な特徴付けを目指している。プロテオミクスおよびメタボロミクスにおいて、MSは、特にタンデムMS(MS/MS)を介して構造情報を提供する感度と能力のおかげで、生物学的媒体に見られる構造的不均一性を解明するためのコアツールとなっている。MS/MS戦略では、イオンはその質量に応じて選択され、次いで断片化され、そして最後に、その断片の質量が分子のフィンガープリントを確立するために獲得される。MS/MSスペクトルは、特に、スペクトルデータベース1,2を一致させるために、または親構造3,4を暫定的に再構築するために使用することができる。類似のスペクトルが類似の化合物に属するという仮定の下で、MS/MSデータは、類似性スコア5,6を介して近縁種をつなぐ分子ネットワーク(MN)を構築するためにも使用することができる5,6。

しかし、イオンの質量電荷比(m / ....

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プロトコル

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メモ: プロトコルの概要を図 1 に示します。本プロトコールに記載される実験に使用されるパラメータは、補足表S1および補足表S2に見出すことができる。

試料溶液の調製

注:このプロトコルは、例としてアラビノキシラン五糖(23-α-L-アラビノフラノシル-キシロテトラオースまたはXA2XX; 材料表を参照)を用いて記載されている。

  1. 溶媒の調製:50:50 H2O:MeOH中の500μM LiCl(体積/体積)。
    1. 212mgのLiClを秤量してH2O中の塩化リチウム(LiCl)の100mM原液を調製し、50mLポリプロピレン製円錐管に50mLの高純度脱イオン水(H2O)を加える。完全に溶解するまで振る。
      注:溶媒にはリチウム塩がドープされており、分光計のイオン源における[M + Li]+ 付加物の形成を促進し、通常は他のアルカリ付加物と比較してより高品質のフラグメンテーションスペクトルが得られる。LiClの使用が推奨されるのは、有機酸(およびその塩)がIMSプロ....

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結果

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アラビノキシラン五糖XA2XXを、このプロトコルを説明する例として選択した。この化合物は市販されているが、別のアラビノキシラン五糖との混合物としてのみ、XA3XX(純粋なXA3XXも市販されている)。XA2XX および XA3XX の構造は、補足図 S1 に示されています。市販の混合物中のXA2XXとXA3XXの比が〜50:50となるように、混合物の20μg/mLの溶液を調製し、50:50MeOH/H2O + 500μM LiClにおいて〜10μg/mLのXA2XX濃度に達した。

まず、XA2XX+XA3XX混合物のMS分析を、高分解能MSを用いて行った。2つの化合物は異性体であるため、[M+Li]+m/z 685.24に単一のピークが観察された。このMSピークは、四重極.......

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ディスカッション

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SELECT SERIES サイクリックIMSは、上流のクロマトグラフィー分離を必要とせずに、所定の m/z とイオン移動度の定義済みイオン集団を選択できる強力なツールです。この装置は、このイオン集団の二次元フラグメンテーションマップを生成する可能性を提供し、そこからMS/MSスペクトルとIMS/IMSスペクトルの両方を抽出することができます。ただし、ユーザーは、実験プロセス中に注意を必要とするいくつかの重要な点に注意する必要があります。

まず、MS分離ウィンドウで等圧汚染物質の存在を慎重に確認する必要があります。実際、四重極の分離ウィンドウは比較的広く、四重極で共選択できるわずかに異なる m / z のイオンを知ることは、ユーザーがイオン移動度に関心のあるピークを適切に割り当てるのに役立ちます。

第2に、最初の分離を行うとき、ユーザは、すべてのイオンが環状イオン移動度セルの周囲で同じ回数の通過を受けるようにしなければならない。これは、環状装置におけるイオン移動度分離の重要かつトリッキーな側.......

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開示事項

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著者らは、開示する利益相反はありません。

謝辞

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S.O.は、博士号(助成金ANR-18-CE29-0006)に資金を提供してくれたフランス国立研究庁に感謝しています。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
33-&α;-L-プラス23-&α;-L-アラビノフラノシル-キシロテトラオース (XA3XX/XA2XX) 混合物Megazyme Ltd., Wicklow, IrelandO-XAXXMIXXA2XX + XA3XX 混合物
33-α-L-Arabinofuranosyl-xylotetraose (XA3XX)Megazyme Ltd., Wicklow, IrelandO-XA3XXPure XA3XX standard
エッペンドルフ セーフロックチューブ、1.5 mL、エッペンドルフ品質、無色、1,000本エッペンドルフ、ハンブルク、ドイツ0030120086炭水化物ストック溶液の調製と希釈に使用
ファルコン 50 mL ポリプロピレンコニカルチューブ 30 x 115 mmコーニングサイエンス México S.A. de C.V., Reynosa, Tamaulipas, Mexico352070100 mM LiCl
塩化リチウム (ACS 試薬、≥99 %)Sigma-Aldrich Inc., Saint Quentin Fallavier, France310468リチウム
Major Mix IMS/TOF キャリブレーションキットWaters Corp., Wilmslow, UK186008113MS および IMS
MassLynx 4.2 用キャリブレーション溶液 SCN1016 リリース 6 (Waters Embedded Analyser Platform for Cyclic IMS 2.9.1 Release 9)Waters Corp., Wilmslow, UK721022377装置制御およびデータ処理用のサイクリックIMSベンダーソフトウェア
HPLC PLUS用メタノール グラジエントグレードCarlo-Erba試薬、Val de Reuil、フランス412383高純度溶媒
MS ロイシンエンケファリンキットWaters Corp.、ウィルムズロー、英国700002456質量分析計のチューニングに使用される参照化合物
SCHOTT DURAN 100 mLホウケイ酸ガラス瓶VWR INTERNATIONAL、ペンシルベニア州ラドナー、米国218012458500µの溶液を調製するために使用されます。50:50 MeOH/水のM LiCl
SELECT SERIES Cyclic IMSWaters Corp.、ウィルムズロー、英国186009432 cylic IMSセルを搭載したイオン移動度-質量分析計
ウェブサイト:http://mzmine.github.io/MZmine開発チーム-MZmineソフトウェアをダウンロードするためのリンク
ウェブサイト:https://github.com/siollivier/IM-MNINRAE、UR BIA、BIBS Facility、ナント、フランス-CCSキャリブレーション関数を含む社内のRスクリプトへのリンク

参考文献

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Allard, P. -M., et al. Integration of molecular networking and in-silico MS/MS fragmentation for natural products dereplication. Analytical Chemistry. 88 (6), 3317-3323 (2016).
  2. Wang, M., et al. Mass spectrometry searches using MASST. <....

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