Name: Een cyclische ionenmobiliteitsspectrometer gebruiken voor tandem-ionmobiliteitsexperimenten (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-01-20T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 40 s
Description: Leer hoe u een cyclische ionenmobiliteitsspectrometer gebruikt voor tandem-ionmobiliteitsexperimenten om isomere structuren te onderscheiden en glycanen te classificeren. Deze methode bouwt moleculaire netwerken voor biomoleculaire karakterisering.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

S.O. is het Franse Nationale Onderzoeksbureau dankbaar voor de financiering van zijn Ph.D. (subsidie ANR-18-CE29-0006).

De auteurs hebben geen belangenconflict te onthullen.

De SELECT SERIES Cyclic IMS is een krachtig hulpmiddel waarmee een gedefinieerde ionenpopulatie kan worden geselecteerd - van een bepaalde m / z en ionenmobiliteit - zonder de noodzaak van stroomopwaartse chromatografische scheiding. Het instrument biedt de mogelijkheid om een bidimensionale fragmentatiekaart van deze ionenpopulatie te genereren, waaruit zowel MS/MS- als IMS/IMS-spectra kunnen worden geëxtraheerd. De gebruiker moet echter verschillende kritieke punten opmerken die aandacht vereisen tijdens het e...

De volledige chemische karakterisering van biomoleculen is de sleutel tot het begrijpen van hun onderliggende biologische en functionele eigenschappen. Hiertoe hebben zich de afgelopen jaren "omics"-wetenschappen ontwikkeld, gericht op de grootschalige karakterisering van chemische structuren bij biologische concentraties. In proteomica en metabolomica is MS een kerninstrument geworden om de structurele heterogeniteit in biologische media te ontrafelen, met name dankzij de gevoeligheid en het vermogen om structurele informatie te verstrekken via tandem MS (MS / MS). In MS /MS-strategieën wordt een ion geselecteerd op basis van zijn massa, vervolgens gefragmenteerd en ten slotte worden de massa's van zijn fragmenten verkregen om een vingerafdruk van het molecuul vast te stellen. MS/MS-spectra kunnen met name worden gebruikt om spectrale databases1,2 te matchen of om de bovenliggende structuren voorlopig te reconstrueren3,4. In de veronderstelling dat vergelijkbare spectra tot vergelijkbare verbindingen behoren, kunnen MS/MS-gegevens ook worden gebruikt om moleculaire netwerken (MN's) te bouwen die verwante soorten verbinden via een gelijkenisscore5,6.
Vanwege de inherente eigenschap van MS om de massa-ladingsverhouding (m/z) van ionen te detecteren, is de techniek echter blind voor een aantal structurele kenmerken die binnen het bereik van (stereo)isomerie vallen. Koolhydraten zijn bijvoorbeeld gemaakt van verschillende monosaccharide-subeenheden, waarvan er vele stereo-isomeren of zelfs epimeren zijn (bijv. Glc vs. Gal of Glc vs. Man). Deze subeenheden zijn verbonden door glycosidische bindingen, die kunnen verschillen door de positie van de koppeling (regio-isomerisme) en de sterische configuratie van de anomere koolstof (anomerisme). Deze kenmerken maken het voor standalone MS moeilijk om onderscheid te maken tussen koolhydraatisomeren7, en alleen regio-isomerisme kan worden aangepakt met behulp van hoogenergetische activeringsmethoden8,9,10. Hoewel derivatisatie een optie is om de equivalentie van stereo-imcesorische groepen11 te verstoren, vereist het een uitgebreide monstervoorbereiding. Een andere, meer eenvoudige optie is om MS te koppelen aan een analytische dimensie die gevoelig is voor isomerisme, zoals IMS.
Omdat dit protocol is ontworpen voor gebruikers die al bekend zijn met de basisconcepten van IMS en omdat gedetailleerde beoordelingen elders beschikbaar zijn12,13, wordt hier slechts een kort overzicht van de principes van IMS gegeven. IMS is een gasfasescheidingsmethode die vertrouwt op de interactie van ionen met een buffergas en een elektrisch veld, waardoor ionen uiteindelijk worden gescheiden volgens hun gasfaseconformaties. Verschillende principes van IMS gekoppeld aan MS zijn te vinden op commerciële instrumenten: sommige werken op afwisselend hoge en lage elektrische velden (veldasymmetrisch IMS, FAIMS), terwijl de meeste werken binnen de lage veldlimiet, met name driftbuis IMS (DTIMS, lineair afnemend elektrisch veld), reizende golf IMS (TWIMS, symmetrische potentiaalgolven) en gevangen IMS (TIMS, hoge stroom van buffergasvangende ionen tegen elektrische velden)13 . De low-field methoden geven toegang tot een zogenaamde CCS, een eigenschap van het ion-gaspaar die het oppervlak (in Å2 of nm2) vertegenwoordigt van het ion dat tijdens de scheiding interageert met het buffergas. CCS is theoretisch instrumentonafhankelijk en is dus nuttig om gegevens te genereren die tussen verschillende laboratoria kunnen worden gereproduceerd14. Ionenmobiliteitsscheidingen kunnen worden beïnvloed door verschillende parameters en met name door fluctuaties van de gasdruk en gastemperatuur in de mobiliteitscel. De CCS-kalibratie is een manier om dit te verhelpen, omdat zowel de kalibrant als de soort van belang op dezelfde manier zullen worden beïnvloed13. Het is echter verplicht om het instrument in een temperatuurgecontroleerde ruimte te installeren en een betrouwbaar gasdrukregelsysteem te hebben.
Een interessante evolutie van IMS is IMS/IMS, dat voor het eerst werd geïntroduceerd in 2006 door clemmer's groep als een analoog van MS/MS15,16. In IMS/IMS wordt een ion van belang selectief geïsoleerd op basis van zijn ionenmobiliteit; het wordt vervolgens geactiveerd (tot mogelijke fragmentatie) en een nieuwe IMS-analyse van het geactiveerde ion of fragmenten wordt uitgevoerd. In het eerste instrumentele ontwerp werden twee IMS-cellen in serie gezet, gescheiden door een ionentrechter waar de activering stond. Sindsdien, hoewel een aantal IMS/IMS-opstellingen werden voorgesteld (voor een beoordeling, zie Eldrid en Thalassinos17), kwam de eerste commerciële massaspectrometer met IMS/IMS-capaciteit pas in 201918 beschikbaar. Dit instrument verbeterde het oorspronkelijke concept aanzienlijk door het te combineren met een andere technologische doorbraak: een cyclisch ontwerp van de IMS-cel.
De cyclische IMS-cel maakt het theoretisch mogelijk om de lengte van het driftpad en dus het oplossend vermogen van het instrument bijna oneindig te vergroten19. Dit werd bereikt door middel van een bepaalde instrumentgeometrie, waarbij de cyclische TWIMS-cel orthogonaal op de optische hoofdas van het ion wordt geplaatst. Een multifunctioneel arraygebied bij de ingang van de IMS-cel maakt het mogelijk om de richting van het ionenpad te regelen: (i) ionen zijwaarts verzenden voor IMS-scheiding, (ii) vooruit voor MS-detectie, of (iii) achteruit van de IMS-cel om te worden opgeslagen in een prearraycel. Vanuit deze prearray store-cel kunnen de ionen worden geactiveerd en de fragmenten opnieuw in de IMS-cel worden geïnjecteerd voor ionenmobiliteitsmeting, een aanpak die met succes is gebruikt om stereo-isomeren te karakteriseren20. Uiteindelijk bevatten de verzamelde gegevens ionenmobiliteit en m/z-informatie voor de voorloper en zijn fragmenten.
In een recente publicatie die dit cyclische ontwerp gebruikte voor glycaananalyses (Ollivier et al.21), toonden we aan dat het mobiliteitsprofiel van de fragmenten in dergelijke IMS / IMS-gegevens fungeert als een vingerafdruk van een biomolecuul dat kan worden gebruikt in een moleculaire netwerkstrategie. Het resulterende netwerk, IM-MN genaamd, leidde tot de organisatie van glycomics-datasets op een structureel relevante manier, terwijl het netwerk dat uitsluitend was opgebouwd uit MS / MS-gegevens (MS-MN) weinig informatie onthulde. Om deze publicatie aan te vullen en Cyclic IMS-gebruikers te helpen deze workflow te implementeren, biedt dit protocol een volledige beschrijving van het protocol dat wordt gebruikt om de gegevens te verzamelen. Dit protocol richt zich alleen op het genereren van de IMS/IMS-gegevens die gebruikers vervolgens kunnen gebruiken om IM-MN-netwerken te bouwen (zie21) of voor een andere toepassing naar keuze. Het bouwen van IM-MN zal hierin niet worden overwogen, omdat protocollen voor moleculaire netwerken al beschikbaar zijn22. De cruciale punten die moeten worden gevolgd om waardevolle en reproduceerbare IMS/IMS-acquisities te genereren, worden benadrukt. Naar het voorbeeld van een van de oligosachariden bestudeerd door Ollivier et al. 21, worden de volgende stappen gedetailleerd beschreven: (i) monstervoorbereiding, (ii) afstemming van het cyclische IMS-instrument, (iii) geautomatiseerde piekselectie van de gegevens en (iv) CCS-kalibratie.

<table><tbody><tr><td>33-&alpha;-L- plus 23-&alpha;-L-Arabinofuranosyl-xylotetraose (XA3XX/XA2XX) mengsel</td><td>Megazyme Ltd., Wicklow, Ierland</td><td>O-XAXXMIX</td><td>XA2XX + XA3XX mengsel</td></tr><tr><td>33-&alpha;-L-Arabinofuranosyl-xylotetraose (XA3XX)</td><td>Megazyme Ltd., Wicklow, Ierland</td><td>O-XA3XX</td><td>Pure XA3XX standaard</td></tr><tr><td>Eppendorf Safe-Lock Tubes, 1,5 mL, Eppendorf Kwaliteit, kleurloos, 1.000 buizen</td><td>Eppendorf, Hamburg, Duitsland</td><td>0030120086</td><td>Gebruikt om de koolhydraat stockoplossing en verdunning voor te bereiden</td></tr><tr><td>FALCON 50 mL Polypropyleen Conische Buis 30 x 115 mm</td><td>Corning Science México S.A. de C.V., Reynosa, Tamaulipas, Mexico</td><td>352070</td><td>Gebruikt om de waterige stockoplossing van 100 mM LiCl voor te bereiden</td></tr><tr><td>Lithiumboorchloride (ACS reagens, &ge;99 %)</td><td>Sigma-Aldrich Inc., Saint Quentin Fallavier, Frankrijk</td><td>310468</td><td>Gebruikt om het monster met lithium te dopen</td></tr><tr><td>Major Mix IMS/Tof Kalibratiekit</td><td>Waters Corp., Wilmslow, VK</td><td>186008113</td><td>Kalibratieoplossing voor MS en IMS</td></tr><tr><td>MassLynx 4.2 SCN1016 Release 6 (Waters Ingebedde Analyseplatform voor Cyclic IMS 2.9.1 Release 9)</td><td>Waters Corp., Wilmslow, VK</td><td>721022377</td><td>Cyclic IMS-leverancierssoftware voor instrumentbediening en gegevensverwerking</td></tr><tr><td>Methanol voor HPLC PLUS Gradient-kwaliteit</td><td>Carlo-Erba Reagentia, Val de Reuil, Frankrijk</td><td>412383</td><td>Hoge-zuiverheidsoplosmiddel</td></tr><tr><td>MS Leucine Enkephaline Kit</td><td>Waters Corp., Wilmslow, VK</td><td>700002456</td><td>Referentiecompound gebruikt voor het afstemmen van de massaspectrometer</td></tr><tr><td>SCHOTT DURAN 100 mL borosilicaat glasfles</td><td>VWR INTERNATIONAL, Radnor, Pennsylvania, VS</td><td>218012458</td><td>Gebruikt om de oplossing van 500 &micro;M LiCl in 50:50 MeOH/Water voor te bereiden</td></tr><tr><td>SELECT SERIES Cyclic IMS</td><td>Waters Corp., Wilmslow, VK</td><td>186009432</td><td>Ionenmobiliteits-massaspectrometer uitgerust met een cyclische IMS-cel</td></tr><tr><td>Website: http://mzmine.github.io/</td><td>MZmine Ontwikkelingsteam</td><td>-</td><td>Link om de MZmine software te downloaden</td></tr><tr><td>Website: https://github.com/siollivier/IM-MN</td><td>INRAE, UR BIA, BIBS Facility, Nantes, Frankrijk</td><td>-</td><td>Link naar een in-house R-script met een CCS-kalibratiefunctie</td></tr></tbody></table>

een cyclische ionenmobiliteitsspectrometer gebruiken voor tandem-ionmobiliteitsexperimenten

Using a Cyclic Ion Mobility Spectrometer for Tandem Ion Mobility Experiments

Nauwkeurige karakterisering van chemische structuren is belangrijk om hun onderliggende biologische mechanismen en functionele eigenschappen te begrijpen. Massaspectrometrie (MS) is een populair hulpmiddel, maar is niet altijd voldoende om alle structurele kenmerken volledig te onthullen. Hoewel koolhydraten bijvoorbeeld biologisch relevant zijn, wordt hun karakterisering gecompliceerd door talrijke niveaus van isomerie. Ionenmobiliteitsspectrometrie (IMS) is een interessante aanvulling omdat het gevoelig is voor ionenconformaties en dus voor isomerie. 
Bovendien hebben recente ontwikkelingen de techniek aanzienlijk verbeterd: de laatste generatie cyclische IMS-instrumenten biedt extra mogelijkheden in vergelijking met lineaire IMS-instrumenten, zoals een verhoogd oplossend vermogen of de mogelijkheid om tandem ion mobility (IMS/IMS) experimenten uit te voeren. Tijdens IMS/IMS wordt een ion geselecteerd op basis van zijn ionenmobiliteit, gefragmenteerd en opnieuw geanalyseerd om ionenmobiliteitsinformatie over zijn fragmenten te verkrijgen. Recent werk toonde aan dat de mobiliteitsprofielen van de fragmenten in dergelijke IMS / IMS-gegevens kunnen fungeren als een vingerafdruk van een bepaalde glycaan en kunnen worden gebruikt in een moleculaire netwerkstrategie om glycomics-datasets op een structureel relevante manier te organiseren. 
Het doel van dit protocol is dus om te beschrijven hoe IMS/IMS-gegevens kunnen worden gegenereerd, van monstervoorbereiding tot de uiteindelijke Collision Cross Section (CCS) kalibratie van de ionenmobiliteitsdimensie die reproduceerbare spectra oplevert. Aan de hand van het voorbeeld van één representatieve glycaan zal dit protocol laten zien hoe een IMS/IMS-regelsequentie op een cyclisch IMS-instrument kan worden gebouwd, hoe rekening moet worden gehouden met deze controlesequentie om de ims-aankomsttijd te vertalen in drifttijd (d.w.z. de effectieve scheidingstijd die op de ionen wordt toegepast) en hoe de relevante mobiliteitsinformatie uit de onbewerkte gegevens kan worden geëxtraheerd. Dit protocol is ontworpen om de kritieke punten van een IMS/IMS-experiment duidelijk uit te leggen en zo nieuwe cyclische IMS-gebruikers te helpen eenvoudige en reproduceerbare acquisities uit te voeren.

Een arabinoxylaan pentasaccharide, XA2XX, werd gekozen als voorbeeld om dit protocol te illustreren. Deze verbinding is in de handel verkrijgbaar, maar alleen als een mengsel met een andere arabinoxylaan pentasaccharide, XA3XX (pure XA3XX is ook in de handel verkrijgbaar). De structuren van XA2XX en XA3XX zijn weergegeven in supplementele figuur S1. Aangezien de verhouding van XA2XX en XA3XX in het commerciële mengsel ~50:50 is,...

Ionenmobiliteitsspectrometrie (IMS) is een interessante aanvulling op massaspectrometrie voor de karakterisering van biomoleculen, met name omdat het gevoelig is voor isomisme. Dit protocol beschrijft een tandem IMS (IMS/IMS) experiment, dat de isolatie van een molecuul en het genereren van de mobiliteitsprofielen van zijn fragmenten mogelijk maakt.

Een cyclische ionenmobiliteitsspectrometer gebruiken voor tandem-ionmobiliteitsexperimenten

Accurate characterization of chemical structures is important to understand their underlying biological mechanisms and functional properties. Mass ...

Het protocol beschrijft hoe een ionenmobiliteitsprofiel kan worden vastgelegd voor de fragmenten die worden geproduceerd bij activering van een molecuul in de massaspectrometer en hoe onderscheid kan worden gemaakt tussen isomere structuren. Het protocol maakt het mogelijk om glycanen in 11 groepen te classificeren met betrekking tot enkele van hun belangrijkste structurele kenmerken, en zo een informatie te verstrekken die anders moeilijk te verkrijgen is. Het kan dienen om moleculaire netwerken te bouwen die uiterst generiek zijn en geschikt voor veel moleculaire families, zoals metabolieten of geneesmiddelen die van belang zijn in veel onderzoeksgebieden.De aanpak maakt optimaal gebruik van een nieuw concept in ionenmobiliteitsspectrometrie en zal nuttig zijn wanneer massaspectrometrie alleen geen onderscheid maakt tussen twee structuren. Het experiment vereist een goede beheersing van massaspectrometrie en ionenmobiliteit. De experimentator moet echter succesvol zijn in het implementeren van de methode als men elk van de stappen zorgvuldig volgt.De procedure wordt gedemonstreerd door Simon Ollivier, een promovendus uit mijn laboratorium. Stel om te beginnen een single-pass IMS-

using-cyclic-ion-mobility-spectrometer-for-tandem-ion-mobility

Research

JoVE Journal

Chemistry

Scheikunde

Ion mobility-massaspectrometrie is een nieuwe gas-fase ionen technologie die scheidt, op basis van hun botsing doorsnede en massa. De methode biedt drie-dimensionale informatie over de algemene topologie en de vorm van eiwitcomplexen. Hier schetsen we een basisprocedure voor het instrument instellen en optimaliseren, kalibratie van drift tijden en data interpretatie.

T-wave Ion Mobility-massaspectrometrie: Basic Experimentele Procedures voor Protein Complex Analysis

Een protocol voor het verbeteren van koolhydraten ion signalen in de Spectrometrie van de massa van de MALDI door hervorming kristallijnen structuren tijdens preparatietechnieken voor monster wordt aangetoond.

Een efficiënte Sample voorbereiding methode om koolhydraten Ion signalen in Laser Matrix-bijgewoonde desorptie/ionisatie massaspectrometrie

De Spectrometrie van de massa (MS) heeft ontpopt als een belangrijk instrument voor het onderzoek naar de structuur en de dynamiek van macromoleculaire assemblages. Hier, wij op basis van MS om te ondervragen eiwit complexvorming en ligand bindende benaderingen worden geïntegreerd.

Analyseren van platforms voor eiwit en eiwit-Ligand complexen door integratieve structurele massaspectrometrie

Dit protocol beschrijft het gebruik van hoge-specificiteit-ionenwisselingschromatografie met multi hoek lichtverstrooiing voor een nauwkeurige molmassabepalingen van eiwitcomplexen, eiwitten en peptiden in een heterogene monster. Deze methode is waardevol voor kwaliteitsbeoordeling, alsook wat betreft de karakterisatie van inheemse oligomeren, gratis varianten en gemengd-EiwitSteekproeven.

Ionenwisselingschromatografie (IEX) gekoppeld aan meerdere hoek lichtverstrooiing (MALS) voor eiwit scheiding en karakterisering

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.

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

Dit artikel beschrijft een experimenteel protocol met behulp van elektrospray-ion mobiliteit-massaspectrometrie, semi-empirische kwantumberekeningen en energie-opgeloste drempelbotsing-geïnduceerde dissociatie om de relatieve thermochemie van de dissociatie van gerelateerde ternaire metaalcomplexen te meten.

Thermochemische studies van Ni (II) en Zn (II) Ternaire complexen met behulp van ionenmobiliteit-massaspectrometrie

Een methode voor het screenen van fentanyl-analogen op basis van hun retentietijd, mobiliteit en fragmentatiepatroon van massaspectrometrie.

Fentanyl analoge screening met behulp van LC-TIMS-TOF MS/MS

Een analytische workflow op basis van vloeistofchromatografie, mobiliteitsspectrometrie met ingesloten ionen en time-of-flight-massaspectrometrie (LC-TIMS-ToF MS/MS) voor een zeer betrouwbare en zeer reproduceerbare "bottom-up"-analyse van histonmodificaties en identificatie op basis van de belangrijkste parameters (retentietijd [RT], botsingsdoorsnede [CCS] en nauwkeurige massa-tot-lading [m/z]-verhouding).

Screening op histonmodificatie met behulp van vloeistofchromatografie, Trapped Ion Mobility Spectrometry en Time-Of-Flight Mass Spectrometry

Dit protocol presenteert een gevalideerde massaspectrometriemethode voor vloeistofchromatografie-ionenmobiliteit en hoge resolutie om de aanwezigheid van moederkorenalkaloïden in voedsel te bepalen in overeenstemming met de onlangs uitgebrachte Verordening (EU) 2023/915 van de Commissie.

Detectie van gereguleerde moederkorenalkaloïden in voedselmatrices door middel van vloeistofchromatografie-ingesloten ionenmobiliteitsspectrometrie-time-of-flight massaspectrometrie

We presenteren de benzeenpolycarbonzuur (BPCA) methode voor het beoordelen van pyrogeen koolstof (PyC) in het milieu. De compound-specifieke aanpak biedt uniek gelijktijdige informatie over de kenmerken, hoeveelheid en isotopensamenstelling (13C en 14C) van PyC.

Karakterisering, kwantificeren en Compound-specifieke isotopenanalyse van Pyrogene Carbon Met behulp van Benzeen polycarbonzuren (BPCA)

Leer hoe u een cyclische ionenmobiliteitsspectrometer gebruikt voor tandem-ionmobiliteitsexperimenten om isomere structuren te onderscheiden en glycanen te classificeren. Deze methode bouwt moleculaire netwerken voor biomoleculaire karakterisering.

Een cyclische ionenmobiliteitsspectrometer gebruiken voor tandem-ionmobiliteitsexperimenten

Meer video's verkennen