تي موجة ايون التنقل الكتلة الطيفي : الإجراءات التجريبية الأساسية لتحليل البروتين مجمع
Summary
ايون التنقل الكتلة الطيفي هو الغاز الناشئة في المرحلة التي تفصل بين الأيونات التكنولوجيا ، استنادا إلى اصطدامها المقطع العرضي والشامل. الأسلوب يوفر ثلاثي الأبعاد معلومات عن طوبولوجيا الشاملة وشكل مجمعات البروتين. هنا ، ونحن الخطوط العريضة الأساسية لإجراء وضع الصك والتحسين ، ومعايرة مرات الانجراف ، وتفسير البيانات.
Abstract
ايون التنقل (IM) هو الأسلوب الذي يقيس الوقت الذي يستغرقه لايون للسفر عن طريق خلية الضغط تحت تأثير حقل كهربائي ضعيف. سرعة الأيونات التي تجتاز المنطقة الانجراف يعتمد على حجمها : أيونات كبيرة سوف تشهد أكبر عدد من الاصطدامات مع الغاز الخلفية خاملة (عادة N 2) ، وبالتالي السفر لأكثر ببطء من خلال الجهاز IM من تلك الأيونات التي تضم أصغر المقطع العرضي. بشكل عام ، في الوقت الذي يستغرقه لأيونات لترحيل على الرغم من أن المرحلة الغاز الكثيفة تفصل بينهما ، وفقا لاصطدامها المقطع العرضي (Ω).
في الآونة الأخيرة ، واقترن الدردشة مع مطياف الكتلة الطيفي ، وأفرج عن السفر على الموجة (T – الموجة) Synapt ايون التنقل مطياف الكتلة (MS – IM). دمج مطياف الكتلة مع حركة الايونات تمكن بعدا جديدا لفصل العينة والتعريف ، مما أسفر عن طيف ثلاثي الأبعاد (الشامل لتوجيه الاتهام ، وكثافة ، والانجراف الوقت). هذا الأسلوب يسمح للفصل التداخل الطيفي في التناقص ، وتمكن من القرار مجمعات متجانسة مع كتلة متشابهة جدا ، أو نسب الشامل إلى تهمة ، ولكن الأوقات الانجراف مختلفة. وعلاوة على ذلك ، والقياسات الزمنية العائمة توفير طبقة هامة من المعلومات الهيكلية ، كما هو متعلق Ω الى الشكل العام وطوبولوجيا من أيون. يتم حساب العلاقة بين القيم المقاسة والانجراف الوقت Ω باستخدام منحنى المعايرة ولدت من البروتينات calibrant مع مقاطع عرضية محددة 1.
قوة النهج IM – MS تكمن في قدرته على تحديد التعبئة الوحيدات والشكل العام للجمعيات في تركيزات بروتين micromolar ، و 1 شبه الفسيولوجية شروطه. العديد من الدراسات الحديثة على حد سواء IM البروتينات الفردية والمجمعات 2،3 بروتين غير التساهمية 4-9 ، تظاهر بنجاح أن يتم الاحتفاظ بنية البروتينات الرباعية في مرحلة الغاز ، وسلط الضوء على إمكانات هذا النهج في دراسة الهندسة المجالس بروتين غير معروف . هنا ، ونحن نقدم وصفا مفصلا لIMS – MS تحليل البروتين المجمعات باستخدام Synapt (الرباعي ايون التنقل من مرة والطيران) HDMS الصك (المياه المحدودة ، والتجاري الوحيد IM – MS وسيلة متاحة حاليا) 10. نحن تصف الخطوات التحسين الأساسية ، ومعايرة الاصطدام المقاطع العرضية ، وطرق لمعالجة البيانات وتفسيرها. الخطوة النهائية لبروتوكول يناقش أساليب لحساب القيم النظرية Ω. عموما ، فإن البروتوكول لا محاولة لتغطية كل جانب من جوانب IM – MS توصيف المجالس البروتين ، وإنما هدفها هو تقديم الجوانب العملية للطريقة الجديدة للباحثين في هذا المجال.
Protocol
Discussion
بروتوكول الموصوفة هنا يمكن تحديد المقطع العرضي الاصطدام من البروتينات أو مجمعات البروتين مع هيكل من ثلاثة مجهولة الأبعاد ، وذلك بهدف توفير المعلومات عن شكلها العام ، والتعبئة الوحيدات والطوبولوجيا. تحقيقا لهذه الغاية بمجرد اصطدام قيم المقطع العرضي وصفت من الضروري تحويل هذه القيم إلى التفاصيل الهيكلية. هذه العملية تتطلب جهودا إضافية التجريبية فضلا عن التحليل الحسابي ، التي تجري مناقشتها بايجاز أدناه.
بادئ ذي بدء ، فمن المستحسن لتحليل البروتينات أو مجمعات البروتين مع الهياكل المعروفة. ويمكن توفير هذه القياسات لمراقبة الجودة مفيدة للمنهجية ، وسيمكن تقييم دقة المعلمات اقتناء بمقارنة النظرية والقيم المقاسة Ω. ويمكن حساب النظرية المقطعية المناطق من بنية الكريستال إحداثيات باستخدام MOBCAL 15،16 البرمجيات ، وهو مفتوح المصدر FORTRAN البرمجيات القائمة على السماح لتحرير رمز وفقا لاحتياجات التشغيل. لتشغيل مثل هذه الحسابات هو مطلوب منها لتعديل البرنامج بحيث يتم زيادة عدد الحسابات التكرارية في تنفيذ هيكل المدخلات والتي تقبل الملفات التي تحتوي على تنسيق عدد كبير من الذرات 1.
وقد تم وضع استراتيجية IM – MS لتحديد ترتيبات طوبولوجي مفارز داخل الجمعيات المتعددة المكونات المقترحة مؤخرا 4،6. الأسلوب ينطوي على رصد مسارات التفكك المجالس البروتين إلى مكونات أصغر. ويتحقق هذا التفكك من خلال التكيف للظروف المرحلة تسيطر حل ، مما يثير لتوزيع subcomplexes تعكس "لبنات البناء" في الجمعيات. قياس متزامنة من القيم Ω المعقدة على حد سواء منتجات سليمة والتفكيك يولد القيود الهيكلية التي تستخدم بعد ذلك لحساب النماذج الطوبوغرافية للمجمعات البروتين. الافتراض الأساسي وراء هذه المنهجية هو أن تحتفظ subcomplexes لدت الأم تشبه تأكيدات ، بل والدراسات الحديثة أثبتت أن يتم الحفاظ على بنية حل للمنتجات التفكيك وإعادة ترتيب رئيسيا في أي حل أو أي من مراحل الغاز حدثت 4،6.
الخطوة الأخيرة في تخصيص بنية البروتينات الرباعية إلى أيونات الغاز المرحلة المعقدة من المناسب القيم عبر الباب الاصطدام على نماذج الكمبيوتر الذي تم إنشاؤه. وتستخدم أساليب النمذجة من أجل استكشاف مختلف الترتيبات طوبولوجي ممكن من الوحدات الفرعية ويتم حسابها في القيم Ω السيليكو ومقارنة لتلك التجارب. وتستخدم حاليا سوى عدد قليل النهج الحسابية ، مثل الأسلوب الخشن الحبيبات spheretype يقارب قطره 1،8 مفارز. على العموم ، فإن هذا الحقل لا تزال في سنواتها الأولى ، ومطلوب مزيد من التطوير لجعل هذا النهج العام ، والتي تنطبق على مجموعة واسعة من المجمعات.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
المؤلفان بالشكر إلى أعضاء الفريق لاستعراضها شارون حرجة ، ومساهماتها في المخطوطة. ونحن ممتنون للدعم البرامج وموراشا Bikura ، علم إسرائيل مؤسسة (المنحة رقم 378/08 و1823-1807) ، وجوزيف كوهن مينيرفا مركز للبحوث غشاء حيوي ، وبرنامج الأسرة Chais زملاء للعلماء الجديد ، إبراهيم وسونيا Rochlin المؤسسة ؛ تراست الخيرية الأسرة وولفسون ، وهيلين وميلتون ألف مركز للهيكل Kimmelman الجزيئية البيولوجية والجمعية ، وتركة شلومو وBeirzwinsky سابين ؛ Meil دي بوتون Aynsley ، وكارين سيم ، المملكة المتحدة.
References
- Ruotolo, B. T. Ion mobility-mass spectrometry analysis of large proteincomplexes. Nat Protoc. 3 (7), 1139-1152 (2008).
- Scarff, C. A., Thalassinos, K., Hilton, G. R., Scrivens, J. H. Travelling wave ion mobility mass spectrometry studies of protein structure: biological significance and comparison with X-ray crystallography and nuclear magnetic resonance spectroscopy measurements. Rapid Commun Mass Spectrom. 22 (20), 3297-3304 (2008).
- Smith, D. P. Deciphering drift time measurements from travelling wave ion mobility spectrometry-mass spectrometry studies. Eur J Mass Spectrom (Chichester, Eng). 15 (2), 113-130 (2009).
- Leary, J. A. Methodology for measuring conformation of solvent-disrupted protein subunits using T-WAVE ion mobility MS: an investigation into eukaryotic initiation factors. J Am Soc Mass Spectrom. 20 (9), 1699-1706 (2009).
- Lorenzen, K. Determination of stoichiometry and conformational changes in the first step of the P22 tail assembly. J Mol Biol. 379 (2), 385-396 (2008).
- Pukala, T. L. Subunit architecture of multiprotein assemblies determined using restraints from gas-phase measurements. Structure. 17 (9), 1235-1243 (2009).
- van Duijn, E. Chaperonin complexes monitored by ion mobility mass spectrometry. J Am Chem Soc. 131 (4), 1452-1459 (2009).
- Ruotolo, B. T. Evidence for macromolecular protein rings in the absence of bulk water. Science. 310 (5754), 1658-1661 (2005).
- Ruotolo, B. T., Robinson, C. V. Aspects of native proteins are retained in vacuum. Curr Opin Chem Biol. 10 (5), 402-408 (2006).
- Giles, K. Applications of a travelling wave-based radio-frequency-only stacked ring ion guide. Rapid Commun Mass Spectrom. 18 (20), 2401-2414 (2004).
- McKay, A. R., Ruotolo, B. T., Ilag, L. L., Robinson, C. V. Mass measurements of increased accuracy resolve heterogeneous populations of intact ribosomes. J Am Chem Soc. 128 (35), 11433-11442 (2006).
- Ruotolo, B. T. Ion mobility-mass spectrometry reveals long-lived, unfolded intermediates in the dissociation of protein complexes. Angew Chem Int Ed Engl. 46 (42), 8001-8004 (2007).
- Morton, V. L., Stockley, P. G., Stonehouse, N. J., Ashcroft, A. E. Insights into virus capsid assembly from non-covalent mass spectrometry. Mass Spectrom Rev. 27 (6), 575-595 (2008).
- Valentine, S. J., Counterman, A. E., Clemmer, D. E. A database of 660 peptide ion cross sections: use of intrinsic size parameters for bona fide predictions of cross sections. J Am Soc Mass Spectrom. 10 (11), 1188-1211 (1999).
- Mesleh, M. F. Structural information from ion mobility measurements: effects of the long-range potential. J Phys Chem. 100, 16082-16086 (1996).
- Shvartsburg, A. A., Jarrold, M. F. An exact hard-spheres scattering model for the mobilities of polyatomic ions. Chem Phys Lett. 261, 86-91 (1996).
