Distinguir espécies proteicas em diferentes estados conformais, vinculantes ou modificadores e caracterizar suas diferenças estruturais são importantes para monitorar os caminhos das transições entre essas espécies envolvidas em eventos biológicos, que vão desde o reconhecimento molecular até a catálise enzimática, e a compreensão dos mecanismos subjacentes a esses eventos. As técnicas biofísicas convencionais não fornecem uma solução completa devido às limitações como resolução insuficiente e perda de informações dinâmicas na solução. A troca de hidrogênio/deutério juntamente com espectrometria de massa (HDX MS) é uma técnica que rotula as características estruturais e conformais das proteínas com deutério (2H) através da troca entre átomos de hidrogênio labile de proteínas e 2H da solução deliberadamente introduzida 2H2O. Prótons envolvidos na ligação de hidrogênio ou que são sequestrados do solvente no interior da proteína não trocam prontamente1. Assim, como a taxa de câmbio em um local de troca é altamente dependente de seu envolvimento em estruturas de alta ordem, as estruturas proteicas podem ser reveladas em alta resolução espacial por MS que sonda a extensão e taxa de captação de 2H com base nas diferentes massas atômicas entre 1H e 2H. Nas últimas décadas, o HDX MS tornou-se uma técnica de excelente sucesso para estudar conformações e dinâmicas proteicas2.
Na abordagem clássica de baixo para cima do HDX MS, o conjunto de espécies proteicas em diferentes estados conformais, vinculativos ou modificações é proteolisado sem separação ao nível de proteína intacta, tornando inviável caracterizar espécies individuais analisando os fragmentos proteolíticos resultantes com conteúdo de deutério convolucido. Em contraste, na abordagem de cima para baixo, diferentes estados proteicos ou proteoforms que incorporaram diferentes conteúdos de deutério dão origem a múltiplas distribuições de massas proteicas intactas em um exame de ESM. Isso permite que as espécies individuais sejam separadas por seleção em massa de íons correspondentes a cada distribuição de massa usando um filtro de massa adequado (como um quadrupole) e a caracterização de suas diferenças conformais na análise subsequente de MS 3,4,5,6. No entanto, a eficiência da separação de estados proteicos ou proteoformes nesta estratégia é limitada pela extensão da diferença em suas distribuições de massa correspondentes.
A eletroforese capilar (CE) fornece um meio de separar espécies proteicas com base em suas diferentes cargas e tamanhos hidrodinâmicos na fase de solução com alta eficiência7. A combinação de CE com HDX oferece separação adicional de estados proteicos ou proteoforms na fase da solução. Além disso, o pequeno volume do capilar CE permite a utilização de uma solução totalmente deutada como a solução de eletrólito de fundo (BGE), ou seja, o buffer em execução, tornando o capilar como um reator HDX para amostras de proteínas. Devido à diferença na mobilidade eletroforética entre proteínas e reagentes protic no processo de eletroforese, a condução do HDX durante a CE resulta em um ambiente de deuteração quase completo para os analitos proteicos com conteúdo residual mínimo não deutedado, aumentando assim a sensibilidade da análise estrutural usando dados HDX. Como tal, desenvolvemos uma abordagem HDX diferencial baseada em CE, juntamente com MS de cima para baixo para caracterizar estruturas de alta ordem proteicas de forma específica do estado ouproteoforme 8.
Este artigo descreve protocolos para essa abordagem detalhando as etapas de preparação de materiais, procedimento experimental e análise de dados. Fatores que podem afetar o desempenho do método ou a qualidade dos dados estão listados em notas curtas. Os resultados representativos aqui apresentados incluem dados diferenciais de HDX de misturas de diferentes proteínas e variantes naturais de β-lactoglobulina bovina (β-lg), a maior proteína de soro de leite presente no leite9. Demonstramos eficiência de separação, reprodutibilidade e desempenho de rotulagem em 2H das duas variantes abundantes de β-lg, ou seja, A e B10,11 durante o HDX baseado em CE e caracterização específica de variantes de suas conformações.