Methodenartikel

Ion Mobility-massaspectrometrie technieken voor het bepalen van de structuur en de mechanismen van metaalionen herkenning en redox activiteit van metaal bindende Oligopeptides

DOI:

10.3791/60102

⸱

7 september 2019

 ,  ,  ,  , 
1Department of Chemistry, Texas A&M University-Commerce

In dit artikel

Samenvatting

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

Ion Mobility-massaspectrometrie en moleculaire modelleringstechnieken kunnen de selectieve metaal chelerende werking van ontworpen metaal bindende peptiden en de koper bindende peptide methanobactin karakteriseren. Ontwikkeling van nieuwe klassen van metaal chelerende peptiden zal helpen leiden tot therapieën voor ziekten in verband met metaalionen misbalans.

Samenvatting

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

Elektro spray ionisatie (ESI) kan een waterige-fase peptide of peptide complex overdragen naar de gasfase terwijl het de massa, totale lading, metaal bindende interacties en conformationele vorm behouden. Koppeling ESI met Ion Mobility-massaspectrometrie (IM-MS) biedt een instrumentale techniek die gelijktijdige meting van de massa-to-charge (m/z) en Collision cross sectie (CCS) van een peptide die betrekking hebben op zijn stoichiometry, protonatie toestand, en conformationele vorm. De totale lading van een peptide complex wordt gecontroleerd door de protonatie van 1) de peptide zure en fundamentele sites en 2) de oxidatietoestand van de metalen Ion (s). Daarom is de totale charge toestand van een complex een functie van de pH van de oplossing die de peptiden metaal ion binding affiniteit beïnvloedt. Voor ESI-IM-MS-analyses worden peptide-en metaalionen oplossingen bereid uit waterige oplossingen, waarbij de pH wordt aangepast met verdund waterig azijnzuur of ammoniumhydroxide. Dit maakt het mogelijk om pH-afhankelijkheid en metaalionen selectiviteit te bepalen voor een specifiek peptide. Verder kan de m/z en CCS van een peptide complex worden gebruikt met B3LYP/LanL2DZ moleculaire modellering om bindende locaties van de metaalionen coördinatie en tertiaire structuur van het complex te onderscheiden. De resultaten laten zien hoe ESI-IM-MS de selectieve chelerende werking van een set alternatieve methanobactin peptiden kan karakteriseren en vergelijken met de koper bindende peptide methanobactin.

Inleiding

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

Koper en zink ionen zijn essentieel voor levende organismen en cruciaal voor processen met inbegrip van oxidatieve bescherming, weefsel groei, ademhaling, cholesterol, glucose metabolisme, en genoom lezing1. Om deze functies mogelijk te maken, nemen groepen zoals het thiolaat van CYS, imidazol van zijn2,3, (meer zelden) verschillende van methionine en carboxylaat van Glu en ASP selectief metalen op als cofactoren in de actieve gebieden van metalloenzymen. De gelijkenis van deze coördinatiegroepen werpt een intrigerende vraag op over hoe de liganden van zijn en CYS selectief cu (I/II) of Zn (II) opnemen om een correcte werking te garanderen.

Selectieve binding wordt vaak bewerkstelligd door peptiden voor acquisitie en handel, die Zn (II) of cu (I/II) ionen concentraties controleren4. Cu (I/II) is zeer reactief en veroorzaakt oxidatieve schade of onvoorziene binding aan enzymen, dus de vrije concentratie is strak gereguleerd door koperen chaperonnes en koper-regulerende eiwitten die het veilig vervoeren naar verschillende locaties in de cel en strak controle van de homeostase5,6. Verstoring van het koper metabolisme of homeostase is direct betrokken bij Menkes en de ziekte van Wilson7 evenals kanker7 en neurale aandoeningen, zoals prion8 en de ziekte van Alzheimer9.

De ziekte van Wilson wordt geassocieerd met verhoogde koper niveaus in de ogen, de lever en de delen van de hersenen, waar de redoxreacties van Cu (I/II) reactieve zuurstof soorten produceren, waardoor hepatolenticulaire en neurologische degeneratie. Bestaande chelatie therapieën zijn het kleine thiolaminozuur Penicillamine en Triethyleentetramine. Als alternatief, de methanotrofische koper-acquisitie peptiden methanobactin (MB)10,het therapeutischepotentieel vertonen door hun hoge binding affiniteit voor cu (I)12. Toen de methanobactin (MB-OB3b) uit Methylosinus trichosporium OB3b werd bestudeerd in een diermodel van de ziekte van Wilson, werd koper efficiënt uit de lever gehaald en uitgescheiden via de gal13. In vitro experimenten bevestigd dat MB-OB3b het koper kan cheleren uit de koper metallothioneïneproductie opgenomen in de lever cytosol13. Laser ablatie inductief gekoppeld plasma massaspectrometrie beeldvormende technieken hebben de ruimtelijke verdeling van koper in de ziekte van Wilson lever monsters14,15,16 onderzocht en aangetoond dat MB-OB3b verwijdert het koper met korte behandelingsperioden van slechts 8 dagen17.

De MB-OB3b zal ook binden aan andere metaalionen, waaronder AG (I), au (III), PB (II), MN (II), Co (II), Fe (II), ni (II) en Zn (II)18,19. Competitie voor de fysiologische cu (I) binding site wordt tentoongesteld door AG (I) omdat het cu (I) kan verdringen van het MB-OB3b complex, met zowel AG (I) en ni (II) ook tonen onomkeerbare binding aan MB die niet kan worden verplaatst door cu (I)19. Onlangs is een reeks alternatieve methanobactin (amb) oligopeptides met het 2his-2cys binding motief onderzocht20,21, en hun Zn (II) en cu (I/II) binding eigenschappen gekarakteriseerd. Hun primaire aminozuur sequenties zijn vergelijkbaar, en ze bevatten allemaal de 2His-2Cys motief, Pro en een geacetseerd N-Terminus. Ze verschillen voornamelijk van MB-OB3b omdat het 2His-2Cys motief de twee enethiol oxazolone binding sites van MB-OB3b vervangt.

Elektro spray-ionisatie in combinatie met ionen mobiliteit-massaspectrometrie (ESI-IM-MS) voorziet in een krachtige instrumentale techniek voor het bepalen van de metaal bindende eigenschappen van peptiden omdat het hun massa-tot-lading (m/z) en botsing doorsnede (CCS) terwijl de massa, lading en conformatie vorm van de oplossingsfase behouden blijven. De m/z en CCS hebben betrekking op de peptiden stoichiometrie, protonatie toestand en conformationale vorm. Stoichiometrie wordt bepaald omdat de identiteit en het nummer van elk element dat aanwezig is in de soort expliciet worden geïdentificeerd. De totale lading van het peptide complex heeft betrekking op de protonatie toestand van de zure en fundamentele plaatsen en de oxidatietoestand van het metaal ion (s). De CCS geeft informatie over de conformationele vorm van het peptide complex, omdat het de rotatie gemiddelde grootte meet die betrekking heeft op de tertiaire structuur van het complex. De totale laadtoestand van het complex is ook een functie van pH en beïnvloedt de metaalionen binding van de peptide, omdat de gedeprotoneerde basis-of zure plaatsen zoals de carboxyl, his, CYS en Tyr ook de potentiële bindingsplaatsen voor het metaal-ion zijn. Voor de analyses worden de peptide en het metaal ion bereid in waterige oplossingen met de pH aangepast door verdund waterig azijnzuur of ammoniumhydroxide. Hierdoor kan de pH-afhankelijkheid en de selectiviteit van de metaalionen worden bepaald voor de peptide. Bovendien kunnen de m/z en CCS bepaald door ESI-im-MS worden gebruikt met B3LYP/LanL2DZ moleculaire modellering om het type van de metaalionen coördinatie en tertiaire structuur van het complex te ontdekken. De resultaten in dit artikel laten zien hoe ESI-IM-MS de selectieve chelerende werking van een set amb peptiden kan karakteriseren en vergelijken met de koper bindende peptide MB-OB3b.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

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

1. bereiding van de reagentia

  1. Cultuur methylosinus trichosporium OB3b, Isoleer de Cu (I)-gratis MB-OB3b18,22,23, Vries droog het monster en bewaar bij-80 °c tot gebruik.
  2. Synthetiseren van de amb peptiden (> 98% zuiverheid voor amb1, amb2, amb4; > 70% zuiverheid voor amb7), vriesdrogen de monsters, en bewaar ze bij-80 °c tot gebruik.
  3. Aankoop > 98% zuiverheid mangaan (II) chloride, kobalt (II) chloride, nickle (II) chloride, koper (II) chloride, koper (II) nitraat, zilver (I) nitraat, zink (II) chloride, ijzer (III) chloride en lood (II) chloride.
  4. De poly-DL-alanine polymeren die worden gebruikt als kalibrantia voor het meten van de botsing doorsneden van de amb-soorten en HPLC-kwaliteit of hoger ammoniumhydroxide, ijsazijn en acetonitril kopen.

2. bereiding van de stamoplossing

  1. Peptide Stock Solution
    1. Weeg nauwkeurig, met behulp van ten minste drie significante cijfers, de massa van 10,0 – 20,0 mg van de MB-OB3b of amb in een plastic Injectieflacon van 1,7 mL.
      Opmerking: de gewogen massa moet 12,5 mM of 1,25 mM opleveren, afhankelijk van de oplosbaarheid van de peptide, wanneer 1,00 mL gedeïoniseerd (DI) water wordt toegevoegd.
    2. Voeg met behulp van een pipet 1,00 mL gedeïoniseerd water (> 17,8 MΩ cm) toe aan het gewogen peptide monster om de oplossing van 12,5 mM of 1,25 mM te leveren. Plaats de dop stevig en meng grondig met minstens 20 inversies.
    3. Met behulp van een micropipet dosering 50,0 μL aliquots uit het peptide monster in individueel gelabelde injectieflacons van 1,5 mL en bewaren ze bij-80 °C tot gebruik.
  2. Metalen Ion stockoplossingen
    1. Weeg nauwkeurig, met ten minste drie significante cijfers, de massa van 10,0 – 30,0 mg metaal chloride of zilvernitraat in een Injectieflacon van 1,7 mL.
      Opmerking: de gewogen massa moet 125 mM opleveren wanneer 1,00 mL DI water wordt toegevoegd.
    2. Voeg de 1,00 mL DI water toe aan het gewogen metalen monster in de Injectieflacon van 1,7 mL om de 125 mM oplossing te leveren. Plaats de dop stevig en meng grondig met minstens 20 inversies.
  3. Ammonium hydroxide stockoplossingen: bereid een 1,0 M azijnzuur oplossing door het verdunnen van 57 μL van de 99,5% azijnzuur oplossing met di water tot een eindvolume van 1,00 ml. Bereid een ammoniumhydroxideoplossing van 1,0 M door 90 μL van de 21% ammoniumhydroxideoplossing met DI water te verdunnen tot een eindvolume van 1,00 mL. Maak twee opeenvolgende verdunningen van elke oplossing door 100 μL van de 1,0 M-oplossingen te nemen om 0,10 M en 0,010 M azijnzuur en ammoniumhydroxide-oplossingen te bereiden.
  4. Poly-DL-alanine Stock Solution: bereid de poly-DL-ALANINE (PA) door weging 1,0 mg pa en oplossen in 1,0 ml di water te geven 1.000 ppm. Meng. Verdeel met behulp van een micropipet 50,0 μL aliquots en plaats ze in een Injectieflacon van 1,7 mL en bewaar bij-80 °C.

3. elektro spray-Ion mobiliteit-massaspectrometrie analyse

  1. Reinig de ingangs slang en naald capillair van de ESI grondig met ongeveer 500 μL van 0,1 M ijsazijn, 0,1 M ammoniumhydroxide en ten slotte DI water.
  2. Ontdooi een aliquot van 50,0 μL van de 1.000 ppm PA-stamoplossing en Verdun deze met 450 μL DI-water om een 100 ppm PA te geven. Pipet 100,0 μL van deze oplossing en Verdun deze tot 1,00 mL met 500 μL DI-water en 500 μL acetonitril om 10 ppm PA-oplossing te geven.
  3. Verzamel de negatieve en positieve Ion IM-MS spectra van de 10 ppm PA oplossing voor 10 min elk met behulp van native ESI-IM-MS voorwaarden zoals beschreven in de sectie discussie.
  4. Ontdooi een aliquot van 50,0 μL van de amb-stamoplossing van 12,5 mM of 1,25 mM en maak opeenvolgende verdunningen met DI-water om een eindconcentratie van 0,125 mM amb te geven. Meng elke verdunning grondig.
  5. Pipet 100,0 μL van de 125 mM metalen Ion stockoplossing, plaats in een Injectieflacon van 1,7 mL en Verdun tot 1,00 mL met DI water om 12,5 mM metaal ion te geven. Herhaal dit met twee opeenvolgende verdunningen om een uiteindelijke metaalionen concentratie van 0,125 mM te geven. Meng elke verdunning grondig.
  6. Pipet 200,0 μL van de 0,125 mM amb in een Injectieflacon van 1,7 mL, Verdun met 500 μL DI-water en meng de oplossing grondig.
  7. Stel de pH van het monster in op 3,0 door toevoeging van 50 μL 1,0 M azijnzuur oplossing.
  8. Voeg 200,0 μL van het metalen Ion van 0,125 mM toe aan het pH-gecorrigeerde monster. Voeg DI water toe om een eindvolume van 1,00 mL van het monster te geven, meng grondig en laat het monster 10 minuten op RT laten equilibraten.
  9. Neem met een stompe neus spuit 500 μL van het monster en verzamel de negatieve en positieve Ion ES-IM-MS Spectra gedurende 5 min. Gebruik de resterende 500 μL van het monster om de uiteindelijke pH op te nemen met een gekalibreerde micro-pH-elektrode.
  10. Herhaal de stappen 3.6 – 3.9 en pas stap 3,7 aan om de pH te wijzigen in 4,0, 5,0, 6,0, 7,0, 8,0, 9,0 of 10,0 door nieuwe volumes van de 0,010 M, 0,10 M, of 1,0 M azijnzuur of ammoniumhydroxide oplossingen toe te voegen.
  11. Verzamel de negatieve en positieve ionen ESI-IM-MS spectra van de 10 ppm PA-oplossing gedurende 10 minuten per stuk.

4. bereiding van de metaaliontitratie van amb-monsters

  1. Volg de stappen die worden beschreven in stappen 3.1 – 3.5.
  2. Pipet 200,0 μL van de 0,125 mM amb in een Injectieflacon van 1,7 mL, Verdun met 500,0 μL DI-water en meng de oplossing grondig.
  3. Stel de pH van het monster in op pH = 9,0 door toevoeging van 80 μL van de 0,010 M ammoniumhydroxideoplossing.
  4. Voeg 28 μL van de 0,125 mM metalen Ion-oplossing toe om 0,14 molaire equivalenten van het metaal ion te geven, voeg DI water toe om het eindvolume van het monster 1,00 mL te maken, meng grondig en laat het monster 10 minuten op RT laten equilibreren.
  5. Gebruik een stompe neus spuit 500 μL van het monster en verzamel de negatieve en positieve Ion ESI-IM-MS Spectra gedurende 5 min elk. Gebruik de resterende 500 μL van het monster om de uiteindelijke pH op te nemen met een gekalibreerde micro-pH-elektrode.
  6. Herhaal de stappen 4.2 – 4.5 en wijzig stap 4,3 om een geschikt volume van de 0,125 mM metaal-ion-oplossing toe te voegen om 0,28, 0,42, 0,56, 0,70, 0,84, 0,98, 1,12, 1,26 of 1,40 molaire equivalenten te geven.
  7. Verzamel de negatieve en positieve ionen IM-MS spectra van de 10 ppm PA-oplossing gedurende 10 minuten per stuk.

5. analyse van de gegevens van de ESI-IM-MS pH-titratie

  1. Uit de IM-MS-Spectra bepalen welke geladen soorten amb's aanwezig zijn door ze te matchen met hun theoretische m/z-isotoop patronen.
    1. Open MassLynx en klik op chromatogram om het chromatogram venster te openen.
    2. Ga naar het menu bestand en Open om het im-MS-gegevensbestand te zoeken en te openen.
    3. Pak het IM-MS-spectrum uit door met de rechtermuisknop te klikken en over het chromatogram te slepen en los te laten. Het spectrum venster wordt geopend en toont het spectrum van de IM-MS.
    4. In het spectrum venster, klik op gereedschap en isotoop model. In het venster isotoop modellering voert u de molecuulformule van de amb-soort in, controleert u het vakje opgeladen Ion weergeven en voert u de laadstatus in. Klik op OK.
    5. Herhaal dit om alle soorten in het IM-MS-spectrum te identificeren en hun m/z-isotopen bereik op te nemen.
  2. Voor elke amb-soort, scheid eventuele toevallige m/z-soorten en extraheer hun aankomsttijd verdelingen (ATD) met behulp van hun m/z-isotoop patronen om ze te identificeren.
    1. In MassLynx klikt u op de Driftscope om het programma te openen. Klik in DriftScope op bestand en Open om het im-MS-gegevensbestand te zoeken en te openen.
    2. Gebruik de muis en klik met de linkermuisknop om in te zoomen op het m/z-isotoop patroon van de amb-soort.
    3. Gebruik het gereedschap selecteren en de linker muisknop om het isotoop patroon te selecteren. Klik op de knop huidige selectie accepteren .
    4. Om eventuele toevallige m/z-soorten te scheiden gebruikt u het gereedschap selecteren en de linkermuisknop om de ATD-tijd te selecteren die is uitgelijnd met het isotoop patroon van de amb-soort. Klik op de knop huidige selectie accepteren .
    5. Als u de ATD wilt exporteren, gaat u naar bestand | Exporteer naar MassLynxen selecteer vervolgens drift tijd behouden en bestand opslaan in de juiste map.
  3. Bepaal het zwaartepunt van de ATD en Integreer het gebied onder de ATD-curve als een maat voor de populatie van de soorten.
    1. Open het opgeslagen geëxporteerde bestand in het chromatogram venster van MassLynx. Klik op proces | Integreer in het menu. Vink het selectievakje ApexTrack Peak Integration aan en klik op OK.
    2. Noteer het zwaartepunt ATD (ta) en het geïntegreerde gebied zoals weergegeven in het chromatogram venster. Herhaal dit voor alle opgeslagen amb-en PA IM-MS-gegevensbestanden.
  4. Gebruik de geïntegreerde ATD voor alle geëxtraheerde amb-soorten van ofwel de positieve of negatieve ionen op elk titratie punt om te normaliseren naar een relatieve percentage schaal.
    1. Betreed de identiteit van de amb-soorten en hun geïntegreerde ATD bij elke pH in een spreadsheet.
    2. Gebruik voor elke pH de som van de geïntegreerde Atd's om de ATD van het individuele amb te normaliseren tot een percentage schaal.
    3. Plot de procentuele intensiteiten van elke amb-soort versus pH in een grafiek om te laten zien hoe de populatie van elke soort varieert als een functie van pH.

6. doorsneden door botsingen

  1. Converteer met behulp van een spreadsheet de CCSS (ω) van PA Negative25,26 en positieve27 ionen gemeten in buffergas28 om CCS (ωc) te corrigeren met behulp van vergelijking 1 hieronder, waarbij: z = Ion charge; e c = elektronen lading (1.602 × 10-19 c); m N 2 = massa van N2 gas (da); en mIon = ionen massa. 29

figure-protocol-1

  1. Zet de gemiddelde aankomsttijden (tA) van de PA-kalibranten en de amb-soorten om in drift tijden (tD) met behulp van vergelijking 2 hieronder, waarbij: c = de vertragings coëfficiënt met verbeterde Duty Cycle (1,41) en m/z is de massa-aan-lading van het peptide-ion.

figure-protocol-2

  1. Plot de PA-kalibrantia ' tD vs. hun Ωc. Vervolgens, met behulp van een regressie van de kleinste kwadraten van vergelijking 3 hieronder weergegeven, bepaal de a ' en B waarden, waarbij: a ' is de correctie voor de temperatuur, druk, en elektrische veld parameters; en B compenseert het niet-lineaire effect van het IM-apparaat.

figure-protocol-3

  1. Met behulp van deze A ' en B waarden en de centroïde tD waarde van de ATD van de ambs bepalen hun ωc met behulp van vergelijking 3 en hun ω met behulp van vergelijking 1. Deze methode biedt CCSS voor de peptide soorten met geschatte absolute fouten van ongeveer 2%25,26,27.

7. computationele methoden

  1. Gebruik de B3LYP/LanL2DZ niveau van theorie, bestaande uit de becke 3-parameter Hybrid functionals30 en de Dunning basis set31 en elektron Core mogelijkheden32,33,34 te lokaliseren geometrie-geoptimaliseerde conformatoren voor alle mogelijke soorten coordinaties van de waargenomen m/z amb-soorten35.
    Opmerking: voor meer informatie over het bouwen en verzenden van berekeningen verwijzen naar de GaussView gebruik in het aanvullende bestand.
  2. Vergelijk de voorspelde vrije energie van elk van de conformers en bereken hun theoretische CCSs met behulp van de Ion-geschaalde Lennard-Jones (LJ)-methode uit het Sigma-programma36.
  3. Van de laagste vrije energie-conformers bepalen welke conformer de LJ CCS vertoont die instemt met de IM-MS gemeten CCS om de tertiaire structuur en het type van de coördinatie voor de in het experiment waargenomen conformatoren te identificeren.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

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

Metalen binding van amb1
De IM-MS studie20 van amb1 (Figuur 1A) toonde aan dat zowel koper-als zink ionen gebonden aan amb1 in een pH-afhankelijke manier (Figuur 2). Echter, koper en zink gebonden aan amb1 door middel van verschillende reactiemechanismen op verschillende coördinatie-sites. Bijvoorbeeld, het toevoegen van Cu (II) aan amb1 resulteerd...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

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

Kritieke stappen: behouden oplossingsfase gedrag voor onderzoek via ESI-im-MS
Native ESI instrumentale instellingen moeten worden gebruikt die behoud van de peptiden stoichiometrie, Charge State, en conformationele structuur. Voor inheemse omstandigheden moeten de omstandigheden in de ESI-bron, zoals de kegel spanningen, temperaturen en gasstromen, worden geoptimaliseerd. Ook moeten de druk en spanningen in de bron, val, Ion mobiliteit en overdracht reizen golven (vooral de DC-trap bias die de injecti...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

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

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

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

Dit materiaal is gebaseerd op het werk dat wordt ondersteund door de National Science Foundation onder 1764436, NSF-instrument ondersteuning (MRI-0821247), Welch Foundation (T-0014) en computerbronnen van het ministerie van energie (TX-W-20090427-0004-50) en L3 Communications . We danken de Bowers groep van de Universiteit van Californië-Santa Barbara voor het delen van het Sigma-programma en Ayobami Ilesanmi voor het demonstreren van de techniek in de video.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

```html

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
acetonitrile HPLC-kwaliteitFisher Scientific (www.Fishersci.com)A998SK-4
ammoniumhydroxide (spoormetaalkwaliteit)Fisher Scientific (www.Fishersci.com)A512-P500
kobalt(II)chloride hexahydraat 99,99%Sigma-Aldrich (www.sigmaaldrich.com)255599-5G
koper(II)chloride 99,999%Sigma-Aldrich (www.sigmaaldrich.com)203149-10G
koper(II)nitraat hydraat 99,99%Sigma-Aldrich (www.sigmaaldrich.com)229636-5G
ontworpen amb1,2,3,4,5,6,7 peptidenNeo BioLab (neobiolab.com)ontworpen peptiden werden op bestelling gesynthetiseerd
ontworpen amb5B,C,D,E,F peptidenPepmicCo (www.pepmic.com)ontworpen peptiden werden op bestelling gesynthetiseerd
Driftscope 2.1 softwareprogrammaWaters (www.waters.com)software-analyseprogramma
Gevroren, gezuiverd, Cu(I)-vrij mb-OB3bgecultiveerd en geïsoleerd in het lab van Dr. DongWon Choi (Biology Department, Texas A&M-Commerce)
gletsjerazijnzuur (Optima kwaliteit)Fisher Scientific (www.Fishersci.com)A465-250
Ijzer(III)chloride watervrij 98%+Alfa Aesar (www.alfa.com)12357-09
lood(II)nitraat ACS-kwaliteitAvantor (www.avantormaterials.com)128545-50G
mangaan(II)chloride tetrahydraat 99,99%Sigma-Aldrich (www.sigmaaldrich.com)203734-5G
MassLynx 4.1Waters (www.waters.com)software-analyseprogramma
nikkelchloride hexahydraat 99,99%Sigma-Aldrich (www.sigmaaldrich.com)203866-5G
poly-DL-alanineSigma-Aldrich (www.sigmaaldrich.com)P9003-25MG
zilvernitraat 99,9%+Alfa Aesar (www.alfa.com)11414-06
Waters Synapt G1 HDMSWaters (www.waters.com)quadrupool - ion mobiliteit- vluchttijd massaspectrometer
zinkchloride watervrijAlfa Aesar (www.alfa.com)A16281
```

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Dudev, T., Lim, C. Competition among Metal Ions for Protein Binding Sites: Determinants of Metal Ion Selectivity in Proteins. Chemical Reviews. 114 (1), 538-556 (2014).
  2. Sovago, I., Kallay, C., Varnagy, K. Peptides as complexing agents: Factors influencing the structure and thermodynamic stability of peptide complexes. Coordination Chemistry Reviews. 256 (19-20), 2225-2233 (2012).
  3. Sóvágó, I., Várnagy, K., Lihi, N., Grenács, Á Coordinating properties of peptides containing histidyl residues. Coordination Chemistry Reviews. 327, 43-54 (2016).
  4. Rubino, J. T., Franz, K. J. Coordination chemistry of copper proteins: How nature handles a toxic cargo for essential function. Journal of Inorganic Biochemistry. 107 (1), 129-143 (2012).
  5. Robinson, N. J., Winge, D. R. Copper Metallochaperones . Annual Review of Biochemistry. 79, 537-562 (2010).
  6. Scheiber, I. F., Mercer, J. F. B., Dringen, R. Metabolism and functions of copper in brain. Progress in Neurobiology. 116 (0), 33-57 (2014).
  7. Tisato, F., Marzano, C., Porchia, M., Pellei, M., Santini, C. Copper in Diseases and Treatments, and Copper-Based Anticancer Strategies. Medicinal Research Reviews. 30 (4), 708-749 (2010).
  8. Millhauser, G. L. Copper and the prion protein: Methods, structures, function, and disease. Annual Review of Physical Chemistry. 58, 299-320 (2007).
  9. Arena, G., Pappalardo, G., Sovago, I., Rizzarelli, E. Copper(II) interaction with amyloid-beta: Affinity and speciation. Coordination Chemistry Reviews. 256 (1-2), 3-12 (2012).
  10. Kim, H. J., et al. Methanobactin, a copper-acquisition compound from methane-oxidizing bacteria. Science. 305 (5690), 1612-1615 (2004).
  11. Di Spirito, A. A., et al. Methanobactin and the link between copper and bacterial methane oxidation. Microbiology Molecular Biology Reviews. 80 (2), 387-409 (2016).
  12. Kenney, G. E., Rosenzweig, A. C. Chemistry and biology of the copper chelator methanobactin. ACS Chemical Biology. 7 (2), 260-268 (2012).
  13. Summer, K. H., et al. The biogenic methanobactin is an effective chelator for copper in a rat model for Wilson disease. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 25 (1), 36-41 (2011).
  14. Hachmoeller, O., et al. Investigating the influence of standard staining procedures on the copper distribution and concentration in Wilson's disease liver samples by laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 44, 71-75 (2017).
  15. Hachmoeller, O., et al. Spatial investigation of the elemental distribution in Wilson's disease liver after D-penicillamine treatment by LA-ICP-MS. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 44, 26-31 (2017).
  16. Hachmoeller, O., et al. Element bioimaging of liver needle biopsy specimens from patients with Wilson's disease by laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 35, 97-102 (2016).
  17. Mueller, J. C., Lichtmannegger, J., Zischka, H., Sperling, M., Karst, U. High spatial resolution LA-ICP-MS demonstrates massive liver copper depletion in Wilson disease rats upon Methanobactin treatment. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 49, 119-127 (2018).
  18. Choi, D. W., et al. Spectral and thermodynamic properties of Ag(I), Au(III), Cd(II), Co(II), Fe(III), Hg(II), Mn(II), Ni(II), Pb(II), U(IV), and Zn(II) binding by methanobactin from Methylosinus trichosporium OB3b. Journal of Inorganic Biochemistry. 100, 2150-2161 (2006).
  19. McCabe, J. W., Vangala, R., Angel, L. A. Binding Selectivity of Methanobactin from Methylosinus trichosporium OB3b for Copper(I), Silver(I), Zinc(II), Nickel(II), Cobalt(II), Manganese(II), Lead(II), and Iron(II). Journal of the American Society of Mass Spectrometry. 28, 2588-2601 (2017).
  20. Sesham, R., et al. The pH dependent Cu(II) and Zn(II) binding behavior of an analog methanobactin peptide. European Journal of Mass Spectrometry. 19 (6), 463-473 (2013).
  21. Wagoner, S. M., et al. The multiple conformational charge states of zinc(II) coordination by 2His-2Cys oligopeptide investigated by ion mobility - mass spectrometry, density functional theory and theoretical collision cross sections. Journal of Mass Spectrom. 51 (12), 1120-1129 (2016).
  22. Bandow, N. L., et al. Isolation of methanobactin from the spent media of methane-oxidizing bacteria. Methods in Enzymology. 495, 259-269 (2011).
  23. Choi, D. W., et al. Spectral and thermodynamic properties of methanobactin from γ-proteobacterial methane oxidizing bacteria: a case for copper competition on a molecular level. Journal of Inorganic Biochemistry. 104 (12), 1240-1247 (2010).
  24. Pringle, S. D., et al. An investigation of the mobility separation of some peptide and protein ions using a new hybrid quadrupole/travelling wave IMS/oa-ToF instrument. International Journal of Mass Spectrometry. 261 (1), 1-12 (2007).
  25. Forsythe, J. G., et al. Collision cross section calibrants for negative ion mode traveling wave ion mobility-mass spectrometry. Analyst. 14 (20), 6853-6861 (2015).
  26. Allen, S. J., Giles, K., Gilbert, T., Bush, M. F. Ion mobility mass spectrometry of peptide, protein, and protein complex ions using a radio-frequency confining drift cell. Analyst. 141 (3), 884-891 (2016).
  27. Bush, M. F., Campuzano, I. D. G., Robinson, C. V. Ion Mobility Mass Spectrometry of Peptide Ions: Effects of Drift Gas and Calibration Strategies. Analytical Chemistry. 84 (16), 7124-7130 (2012).
  28. Salbo, R., et al. Traveling-wave ion mobility mass spectrometry of protein complexes: accurate calibrated collision cross-sections of human insulin oligomers. Rapid Communications in Mass Spectrometry. 26 (10), 1181-1193 (2012).
  29. Smith, D. P., et al. Deciphering drift time measurements from travelling wave ion mobility spectrometry-mass spectrometry studies. European Journal of Mass Spectrometry. 15 (2), 113-130 (2009).
  30. Becke, A. D. Density-functional thermochemistry. III. The role of exact exchange. Journal of Chemical Physics. 98 (7), 5648-5652 (1993).
  31. Dunning, T. H., Hay, P. J. Gaussian basis sets for molecular calculations. Modern Theoretical Chemistry. 3, 1-27 (1977).
  32. Hay, P. J., Wadt, W. R. Ab initio effective core potentials for molecular calculations. Potentials for potassium to gold including the outermost core orbitals. Journal of Chemical Physics. 82 (1), 299-310 (1985).
  33. Hay, P. J., Wadt, W. R. Ab initio effective core potentials for molecular calculations. Potentials for the transition metal atoms scandium to mercury. Journal of Chemical Physics. 82 (1), 270-283 (1985).
  34. Wadt, W. R., Hay, P. J. Ab initio effective core potentials for molecular calculations. Potentials for main group elements sodium to bismuth. Journal of Chemical Physics. 82 (1), 284-298 (1985).
  35. Gaussian 09, Revision C.01. Gaussian, Inc. , Wallingford CT. (2012).
  36. Wyttenbach, T., von Helden, G., Batka, J. J., Carlat, D., Bowers, M. T. Effect of the long-range potential on ion mobility measurements. Journal of the American Society of Mass Spectrometry. 8 (3), 275-282 (1997).
  37. Choi, D., et al. Redox activity and multiple copper(I) coordination of 2His-2Cys oligopeptide. Journal of Mass Spectrometry. 50 (2), 316-325 (2015).
  38. Rigo, A., et al. Interaction of copper with cysteine: stability of cuprous complexes and catalytic role of cupric ions in anaerobic thiol oxidation. Journal of Inorganic Biochemistry. 98 (9), 1495-1501 (2004).
  39. Vytla, Y., Angel, L. A. Applying Ion Mobility-Mass Spectrometry Techniques for Explicitly Identifying the Products of Cu(II) Reactions of 2His-2Cys Motif Peptides. Analytical Chemistry. 88 (22), 10925-10932 (2016).
  40. Choi, D., Sesham, R., Kim, Y., Angel, L. A. Analysis of methanobactin from Methylosinus trichosporium OB3b via ion mobility mass spectrometry. European Journal of Mass Spectrometry. 18 (6), 509-520 (2012).
  41. Martell, A. E., Motekaitis, R. J. NIST Standard Reference Database 46. Institute of Standards and Technology. , Gaithersburg, MD. (2001).
  42. Pesch, M. L., Christl, I., Hoffmann, M., Kraemer, S. M., Kretzschmar, R. Copper complexation of methanobactin isolated from Methylosinus trichosporium OB3b: pH-dependent speciation and modeling. Journal of Inorganic Biochemistry. 116, 55-62 (2012).
  43. Amin, E. A., Truhlar, D. G. Zn Coordination Chemistry: Development of Benchmark Suites for Geometries, Dipole Moments, and Bond Dissociation Energies and Their Use To Test and Validate Density Functionals and Molecular Orbital Theory. Journal of Chemical Theory and Computation. 4 (1), 75-85 (2008).
  44. Sorkin, A., Truhlar, D. G., Amin, E. A. Energies, Geometries, and Charge Distributions of Zn Molecules, Clusters, and Biocenters from Coupled Cluster, Density Functional, and Neglect of Diatomic Differential Overlap Models. Journal of Chemical Theory and Computation. 5 (5), 1254-1265 (2009).
  45. Lillo, V., Galan-Mascaros, J. R. Transition metal complexes with oligopeptides: single crystals and crystal structures. Dalton Transactions. 43 (26), 9821-9833 (2014).
  46. Choutko, A., van Gunsteren, W. F. Conformational Preferences of a beta-Octapeptide as Function of Solvent and Force-Field Parameters. Helvetica Chimica Acta. 96 (2), 189-200 (2013).
  47. Angel, L. A. Study of metal ion labeling of the conformational and charge states of lysozyme by ion mobility mass spectrometry. European Journal of Mass Spectrometry. 17 (3), 207-215 (2011).
  48. Kelso, C., Rojas, J. D., Furlan, R. L. A., Padilla, G., Beck, J. L. Characterisation of anthracyclines from a cosmomycin D-producing species of Streptomyces by collisionally-activated dissociation and ion mobility mass spectrometry. European Journal of Mass Spectrometry. 15 (2), 73-81 (2009).
  49. El Ghazouani, A., et al. Copper-binding properties and structures of methanobactins from Methylosinus trichosporium OB3b. Inorganic Chemistry. 50 (4), 1378-1391 (2011).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Ion Mobility Mass SpectrometryMetal Ion RecognitionRedox ActivityMetal Binding OligopeptidesElectrospray IonizationCollision Cross SectionMolecular ModelingpH Dependent BindingMethanobactin PeptidesCopper Zinc Binding

Gerelateerde artikelen