精确质量测定代表蛋白质的调查过程中的重要一步。基质辅助激光解吸/电离(MALDI)质谱(MS)可用于这种确定和其主要优点是耐受的盐,去垢剂和污染物。在这里,我们示出了用于蛋白质大于100 kDa的通过MALDI-MS较大的分析可访问的方法。
有效地确定群众蛋白是许多生物的研究( 例如,用于结构生物学研究)的关键。精确质量测定允许一个评估蛋白质一级序列的正确性,突变和/或翻译后修饰,可能的蛋白质降解,样品均一性,以及同位素掺入的情况下,标记的程度( 例如,的13 C标记的存在)。
电喷雾电离(ESI)质谱(MS)是广泛用于质量测定变性蛋白,但其效率受样品缓冲液的组成。特别地,盐,去垢剂和污染物的存在严重损害由ESI-MS蛋白质分析的有效性。基质辅助激光解吸/电离(MALDI)质谱是一个有吸引力的替代方案,由于其耐盐性和数据采集和解释的简单性化。此外,大众的决心大型异构蛋白(大于100 kDa的)是由于没有重叠的高电荷态分布,存在于ESI光谱更容易通过MALDI-MS。
在这里,我们提出了由飞行(TOF)的MALDI-时间来分析蛋白质大于100 kDa的更大的访问方法。我们示出了使用两个矩阵( 即 2,5 -二羟基苯甲酸,α-氰基-4 -羟基肉桂酸)的混合物中,并在薄层的方法作为样品的沉积方法的实用的优点。我们还讨论了采集时间矩阵和溶剂纯度的关键作用,用于校准的标准,,激光的能量,和。总体而言,我们提供必要的信息,初学,用于分析完整的蛋白质比为100kDa,通过MALDI-MS较大。
结构生物学依赖于生产高质量的蛋白1,因此,需要被加上有效和可靠的方法用于蛋白质分析2,3。在我们的质谱结构 生物学的研究所内(MS)的实验室,我们需要确认蛋白质的一级序列,评估突变和翻译后修饰的存在下,蛋白质的降解,样品均一性,以及同位素标记的质量( 例如,氘化蛋白质核磁共振研究4)。由于结构生物学家利用有限的蛋白水解从灵活的部分区分刚性结构域,我们需要使用MS可靠地表征这种截短蛋白。
当生物分子是由MS分析,两种可能的方法是利用电离轻声这么重的和不稳定的分子。电喷雾电离(ESI)直接从离子化的分子液相5;基质辅助激光解吸电离(MALDI)要求的生物分子共结晶具有紫外线吸收的有机分子( 即基质分子)6。
ESI – 飞行时间质谱(TOF)MS连接到液相色谱法已经成为常规技术为完整蛋白质的分析,因为它允许质量测定精度高(≤50ppm的)。然而,这是很容易的样品缓冲液的组合物(特别是盐和洗涤剂)和污染物( 即聚合物)有时是难以消除,导致分析物的信号的抑制。
MALDI-TOF MS表示一个有效的替代:ESI-MS,因为它的性能的影响较小缓冲液组分,去污剂和污染物,并且允许进行序列验证完整蛋白质量的测定以足够的精度(≤500ppm以下)。 protei后Ñ消化,MALDI-TOF MS还可以用于通过所谓的“肽质量指纹”来分析所获得的进一步的一级序列确认的肽。
在我们的手中,质量测定完整蛋白质,它比100 kDa的大和异构(由于修改或截断)的,是不是通过ESI-MS更容易通过MALDI-MS。这是由于目前缺乏在ESI谱重叠电荷态分布。此外,由于MALDI过程是不依赖于被分析物的大小7,这样的方法产生高灵敏度的,当生物分子质量是高于100 kDa的。完整蛋白的显着的分析,进行了使用20世纪80年代末和90年代8-11的开始之间的国产仪器。
MALDI-TOF也可以用作筛选工具来评估蛋白质样品的质量,因为它需要进行样品制备更少的时间和更不容易受到interferenCES由于常见的杂质( 如盐)。后的第一,快速通过MALDI-MS的评价中,样品可以进一步通过ESI-TOF分析,以确定更高精度的质量。此外,电离生成包含比ESI费用更少离子,因此获取和解读MALDI数据更简单。这使得学生在结构生物学工作刚刚经过短暂培训,以分析其重组蛋白。
两个主要因素影响的MALDI光谱的质量:基质和用于基质沉积( 如干燥液滴8和薄层12-16,17,18)的技术。一个单一的有机基质[ 例如,芥子酸(SA),19-21或α-氰基-4 -羟基肉桂酸(α-CHCA)14,22,23]通常用于完整蛋白质和交联的蛋白质复合物的质谱检查。用α-CHCA,蔡特集团此前提出的p一个详细的协议之前的可溶性蛋白和膜蛋白14,15的MALDI分析修配业的超薄层。最近,戈尔卡等人所说明的石墨基涂层的目标,以提高使用的α-CHCA作为基质24的肽和蛋白质的MALDI分析。
在这里,我们提出了一个简单的协议,用于完整蛋白质的MALDI-TOF质谱分析,利用两个矩阵的混合物:2,5 -二羟基苯甲酸(DHB)和α-CHCA 25。我们系统地评估了DHB-CHCA组合的表现相比,SA和α-CHCA基质,用于完整蛋白质的控制。该基质混合物允许更高的分辨率( 即蛋白质峰有更清晰的)。另外,强烈的多个电荷的离子的存在下( 即 M +2 H 2 +,M 3 H 3 +等)可以实现更精确的质量测定,因为轴向MALDI-TOF仪器的分辨率更高的过充较低质量(M / Z)26。这是用于测定分子量的蛋白质比100kDa的较大的特别有用的。
更高的灵敏度也达到了使用DHB-CHCA混合物(0.5皮摩尔蛋白质的发现对MALDI靶)。
正如我们上面提到的,应该使用MALDI仪器时必须考虑的一个重要因素是基质沉积。劳格森等人提出的第一次25采用DHB-CHCA混合物,利用干滴沉积。然而,我们观察到更好的效果( 例如,更高的灵敏度),当我们使用其中第一层是由α-CHCA溶解在丙酮中形成的薄层的方法。该薄层的方法12,27意味着矩阵晶体的均匀基质上的MALDI靶,这是以前15所述的视频朱庇特的形成。然后,将样品沉积在该基质上,最后附加基质沉积(见下文)。在这篇文章中,我们还说明了如何存放样品的MALDI靶,却怎么也清理目标15,再结晶,并准备矩阵。
总括而言,我们的目标是提供所有必要的信息用于分析完整蛋白质的科学家(特别是结构生物学家)谁需要评估在一个快速和简单的方式产生的蛋白质的质量,谁不那么熟悉的MALDI-TOF MS。据预测在1990年代中期,28,MS已经对生物学研究的一个增加的影响,因为它的辅助功能生物学家有所增加。我们希望我们提供的信息将是使MALDI-TOF访问生物学家和科学家,谁愿意开始使用质谱分析非常有用。
我们提出了一个详细的协议,以收购大完整的蛋白质高品质的质谱图与分子量大于100 kDa的大,用MALDI-TOF仪器。一些关于样品制备关键方面应慎重考虑,以提高质谱的质量。矩阵和高纯度的溶剂是至关重要的,因为所有存在于基质和溶剂中的杂质被浓缩在MALDI靶溶剂蒸发后。为了提高MALDI基质的纯度,可以使用经典的重结晶的方法(见上文)来纯化它们。我们也建议准备新鲜的矩阵解决方案(每周至少一次),以改善基体结晶,以避免基质降解。
基质沉积的方法是在光谱的最终质量非常关键的。如上所述,该薄层的方法是我们的方法øf选择12。此外,我们的优化方法来沉积第一层。当基质溶解在丙酮中,得到饱和的溶液中,使丙酮的溶剂的快速蒸发,同时也使得该第一层的尺寸非常难以控制。我们建议使用GELoader尖如您在matrix_acetone液浸让您快速地沉积在靶最小体积小刷子。在第一层的大小在某种程度上控制MALDI点的最终大小:一个小点( 即 0.5-0.75毫米直径)是优选的,因为在这种情况下,样品浓度比大点的情况下更高。获得一个小点不同于以前在JOVE视频15提出了超薄层的方法。在Fenyo 等薄层溶液遍布使用吸管尖侧的MALDI靶。这种方法要求测试应满足特定条件的薄层(溶剂挥发的如速度)。如果不满足条件,在MALDI靶应清洗和一个新的薄层应来制备。这使得准备相当费力的一个新手。此外,样品/基质混合物在平板上沉积要求的过量溶剂的愿望使用真空管线和用TFA 15的洗涤步骤是必要的,使得Fenyo 等人制备了一点比我们的方法更困难。
基质与样品之间的体积比为完整蛋白质通过MALDI-TOF一个成功的分析很重要。测试不同的比率后,我们建议使用1:1的比例。不同的矩阵:样本比例可能危及光谱的质量,可能是由于不均匀的结晶。其中基质和样品存放的顺序也很重要。沉积所述基质薄层后,将样品沉积和后立即(在SAMP前乐点变得干燥)的CHCA_DHB混合物加入。此过程被定义为“夹心法”27,其中单独的样品上沉积2基质层之间。作为替代,本CHCA_DHB溶液和样品可以混合在0.5ml试管中,然后看准CHCA薄层12上。这将产生与导致高质量的光谱晶体的均匀层上的点。当与质量低于100 kDa的,DHB的浓度分析蛋白质可提高( 如 60:40 DHB:CHCA),这可以产生更尖锐的峰,但可能影响测量灵敏度( 即较不强烈的峰)。
对于正确的仪器校准,它是必不可少的沉积校准标准非常接近的样本点,允许一个获得更好的质量准确度。 “伪内部校准程序”先前建议15:采集样品光谱中,校准点我后秒激光拍摄的校准和信号被添加到样品谱图。这允许使用的校准峰你在内部校准样品谱图。
激光的能量也应仔细光谱采集过程中进行控制。在大多数情况下,更高的能量提高了灵敏度,但是降低了分辨率。我们建议使用最小可能的激光能量而不会影响收购的灵敏度。此外,为了改善光谱质量,人们可以获取每个样本点更多的投篮。一般情况下,更多的投篮您获得(1000-2000张),信号的强度就越高。当用激光击中当场,需要找到合适的位置( 即 “甜蜜点”),因为采样是不是均匀分布。您可以在同一区域拍摄,直到该信号增加,然后尝试找到含有样品的另一个领域。
在矩阵和SOLV的结论,高纯度已废除,用于样品和目标矩阵的沉积方法,用于校准,激光能量的强度,收购时间(张/现货数量)的标准位置是一个应该考虑的时候的关键因素通过MALDI-TOF MS分析完整蛋白质。
作者投稿
LS和EBE设计实验,进行质谱实验,分析数据,并写了稿子。
The authors have nothing to disclose.
我们感谢克里斯托弗Masselon博士(iRTV,东航,格勒诺布尔)和病毒感染的成员和癌症组在肠易激综合征,其关键手稿的评价和有益的讨论。我们感谢西里尔殿的蛋白质CRM1的一种恩赐。这种科学工作在格勒诺布尔指导中心(; UMS 3518 CNRS-CEA-UJF-EMBL ISBG)的质谱设施发生了。它是财政由法国基础设施一体化结构生物学计划(FRISBI,ANR-10-INSB-05-02)的支持,GRAL(ANR-10的LabX-49-01)[格勒诺布尔伙伴关系中的结构生物学]和法国国家科学研究中心(CNRS)。
REAGENTS | |||
Trizma hydrochloride | Sigma | T3253 | |
Trizima | Sigma | T6066 | |
Micro Bio-Spin 6 chromatography columns | Bio-Rad | 732-6221 | |
Vivaspin 500 | Sartorius | VS0122 | various molecular weight cut off |
Methanol | Fluka | 14262 | |
Ethanol | Fluka | 02860 | |
KIMTECH SCIENCE Precision Wipes Tissue Wipers | Kimberly Clark | 05511 | |
α-cyano-4-hydroxycinnamic acid | Sigma Aldrich | C8982 | |
Acetone | Sigma Aldrich | 650501 | |
2,5-dihydroxybenzoic acid | Fluka | 39319 | |
GELoader Tips | Eppendorf | 0030 001.222 | |
Acetonitrile | Sigma Aldrich | 34998 | |
Formic acid | Fluka | 09676 | |
Trifluoroacetic acid | Sigma Aldrich | 302031 | |
Protein Standard II | Bruker Daltonics | 207234 | It contains Trypsinogen, Protein A, Serum Albumin-Bovine |
Immunoglobulin G | ABSciex | GEN602151 | |
[header] | |||
EQUIPMENT | |||
Water purifier PURELAB Ultra Analytic | ELGA LabWater | 89204-052 | |
Autoflex MALDI-TOF instrument | Bruker Daltonics | ||
MALDI-TOF target | Bruker Daltonics |