Les ions de cuivre et de zinc sont essentiels pour les organismes vivants et cruciaux pour les processus comprenant la protection oxydative, la croissance de tissu, la respiration, le cholestérol, le métabolisme de glucose, et la lecture de génome^1. Pour activer ces fonctions, des groupes tels que le thiolate de Cys, l’imidazole de ses^2,3, (plus rarement) thioether de méthionine, et carboxylate de Glu et Asp incorporer sélectivement des métaux comme cofacteurs dans les sites actifs de metalloenzymes. La similitude de ces groupes de coordination soulève une question intrigante quant à la façon dont les ligands His et Cys intègrent sélectivement Soit Cu(I/II) ou Zn(II) pour assurer un bon fonctionnement.

La liaison sélective est souvent accomplie par l’acquisition et le trafic de peptides, qui contrôlent les concentrations d’ionz(II) ou Cu(I/II)⁴. Cu(I/II) est très réactif et cause des dommages oxydatifs ou une liaison aventurière aux enzymes, de sorte que sa concentration libre est étroitement réglementée par les chaperons de cuivre et les protéines régulatrices du cuivre qui le transportent en toute sécurité à divers endroits dans la cellule et étroitement contrôler son homéostasie^5,6. La perturbation du métabolisme du cuivre ou de l’homéostasie est directement impliquée dans Menkes et la maladie de Wilson⁷ ainsi que les cancers⁷ et les troubles neuronaux, tels que le prion⁸ et la maladie d’Alzheimer⁹.

La maladie de Wilson est associée à des niveaux accrus de cuivre dans les yeux, le foie et les sections du cerveau, où les réactions redox de Cu(I/II) produit des espèces réactives d’oxygène, causant la dégénérescence hépatolentique et neurologique. Les thérapies existantes de chélation sont la petite pénicillamine d’acide aminé de thiol et la triéthylenetetramine. Alternativement, les peptides de cuivre-acquisition méthanotrophiques methanobactin (mb)^10,11 présentent un potentiel thérapeutique en raison de leur affinité de liaison élevée pour Cu(I)¹². Lorsque la méthanobacttine (mb-OB3b) de Methylosinus trichosporium OB3b a été étudiée dans un modèle animal de la maladie de Wilson, le cuivre a été efficacement retiré du foie et excrété par la bile¹³. Des expériences in vitro ont confirmé que mb-OB3b pourrait chélater le cuivre de la métallothionein de cuivre contenue dans le cytosol de foie¹³. L’ablation au laser a inductivement couplé les techniques d’imagerie par spectrométrie de masse plasmatique ont étudié la distribution spatiale du cuivre dans les échantillons de foie de la maladie de Wilson^14,15,16 et ont montré que mb-OB3b enlève le cuivre avec de courtes périodes de traitement de seulement 8 jours¹⁷.

Le mb-OB3b se liera également avec d’autres ions métalliques, y compris Ag(I), Au(III), Pb(II), Mn(II), Co(II), Fe(II), Ni(II), et Zn(II)^18,19. La concurrence pour le site de liaison physiologique Cu(I) est exposée par Ag(I) parce qu’il peut déplacer Cu(I) du complexe mb-OB3b, avec à la fois Ag(I) et Ni(II) montrant également une liaison irréversible à Mb qui ne peut pas être déplacé par Cu(I)¹⁹. Récemment, une série d’oligopeptides alternatifs de méthanobacttine (amb) avec le motif de liaison 2His-2Cys ont été étudiés^20,21, et leurs propriétés de liaison Zn(II) et Cu(I/II) caractérisées. Leurs séquences primaires d’acides aminés sont similaires, et elles contiennent toutes le motif 2His-2Cys, Pro et un n-terminus acétylé. Ils diffèrent principalement de mb-OB3b parce que le motif 2His-2Cys remplace les deux sites de liaison enethiol oxazolone de mb-OB3b.

L’ionisation de l’électrospray couplée à la spectrométrie de masse de mobilité ionique (ESI-IM-MS) fournit une technique instrumentale puissante pour déterminer les propriétés métalliques-contraignantes des peptides parce qu’elle mesure leur masse-à-charge (m/z) et collision section transversale (CSC) tout en conservant leur masse, leur charge et leur forme conformationnelle à partir de la phase de solution. Le m/z et le CSC se rapportent à la stoichiométrie des peptides, à l’état de protonation et à la forme conformationnelle. La stoichiométrie est déterminée parce que l’identité et le nombre de chaque élément présent dans l’espèce sont explicitement identifiés. La charge globale du complexe de peptide se rapporte à l’état de protonation des emplacements acides et de base et à l’état d’oxydation de l’ion métal(s). Le CSC donne des informations sur la forme conformationnelle du complexe peptidique parce qu’il mesure la taille moyenne par rotation qui se rapporte à la structure tertiaire du complexe. L’état de charge global du complexe est également fonction du pH et affecte l’affinité de liaison d’ion métallique du peptide parce que les sites de base ou acides déprotonated tels que le carboxyl, his, Cys et Tyr sont également les emplacements de liaison potentiels pour l’ion métallique. Pour les analyses, le peptide et l’ion métallique sont préparés en solutions aqueuses avec le pH ajusté par l’acide acétique aqueous dilué ou l’hydroxyde d’ammonium. Cela permet de déterminer la dépendance au pH et la sélectivité des ions métalliques pour le peptide. En outre, le m/z et le CSC déterminés par ESI-IM-MS peuvent être utilisés avec la modélisation moléculaire B3LYP/LanL2DZ pour découvrir le type de coordination des ions métalliques et la structure tertiaire du complexe. Les résultats montrés dans cet article révèlent comment ESI-IM-MS peut caractériser la performance sélective de chélage d’un ensemble de peptides d’amb et les comparer au mb-OB3b de peptide cuivre-contraignant.