本机质谱:一窥生物学的阴谋

本机质谱(本地MS)被定义为过程大生物分子及其复合物可以从三维功能存在气相冷凝液相中通过电喷雾质谱(质)的过程。实验条件,这是可能是如此温和,非共价相互作用,原生状态和相关的生物分子的行动和功能/复杂在很大程度上保留了下来。从历史上看,原生女士是27岁左右;与第一开创性研究非共价复合物中出现的文学在1990年代早期。^1、2这个最初的工作是紧随其后的是调查人员等约瑟夫·a .厕所(加州大学洛杉矶分校),卡罗诉罗宾逊(牛津大学)。这些科学家的研究的初始种子种植本地女士作为未来在结构生物学方法。他们早期的出版物集中在蛋白质-蛋白质之间的关系³;protein-ligand情结;^3、4分子伴侣蛋白GroEL质谱;⁵纳米机械如核糖体;⁶甚至完整的病毒。⁷

由创新者等阿尔伯特·jr见鬼、本地女士继续增长,发展和提高;特别是在质量分辨率和灵敏度。^8、9见鬼反映在他的灵感追求技术确定蛋白质结构女士:“达德利·威廉姆斯给演讲的互动与肽被核磁共振测量万古霉素。虽然成功,但方法并不容易;我想,也许这些问题,可以通过女士吗?“见鬼的注意捕获的概念和指导他早期的女士在原生生物的利益;后来,推动质量限制的方法。如下图所示是卓越的进化的本地女士从早期开始至今。

本机质谱的演变。从最早期开始的小型蛋白质;到现在完整的病毒粒子的超分子复合物和噬菌体。图片由赫克的实验室,荷兰乌得勒支大学。

本机女士忙

本机女士是一个非常有用的方法来获得洞察蛋白质在生理条件下的行为。通过利用一个MS等分析技术和应用生物技术情况下,它变得更容易理解什么是发生在一个细胞在分子水平上。虽然控制和人为设计的方法,本机不过highly-reflects女士自然在活的有机体内一个分子或复杂的状态。因此,更有意义的信息生成的结构关系,可以结合分子建模和使用,例如,在药物的设计等。

从根本上讲,本机女士精密技术,可以提供生物背景。本机女士的祖先之一,约瑟夫·a .厕所,告诉我们:“想想…大多数生物大分子的功能是由他们的交互形式。最近的人类“interactome”研究表明,扶少团团员的平均数量为每个蛋白质大约是十。的正常功能的一部分,每一个蛋白质编码的基因。”他认为,本地女士有可能提供一种方法来直接研究这种交互,是蛋白质功能的司机和确信,有更多的研究人员采用本地女士,新的令人兴奋的应用程序将在日常的基础上。

本机女士被定义为两个关键的成功因素

可靠地进行本地MS实验,有必须解决的关键标准以确保成功。第一个标准是解决方案包含本地复杂的性质。保持结构的完整性,防止退化,大多数蛋白质复合物physiologically-compatible条件下储存。从本质上讲,这意味着非易失性的缓冲区和含盐,表面活性剂和其他稳定剂通常不兼容电喷雾电离的过程。对于大多数蛋白质组学应用程序,维护复杂的完整性和非共价相互作用不是必需的。因此,受聘,蛋白质变性条件展开通过添加代理摧毁任何预先存在的大分子复合物的三维结构。

因此,一个基本要求是女士观察完整的本地蛋白复合物的交换通常的生理缓冲挥发性氨semi-buffer不仅保持互动的完整性;但也兼容去溶剂化过程需要在ESI转移分子从液体到气体。实现这些基本面并不总是直截了当,厕所所指出的:“适当的样品制备仍然为许多实验室最大的障碍之一。”此外,他继续说:“通常依赖样本,所以样品类型之一是如何对待可能并不适用于另一种类型。“虽然他承认在过去10年里已经取得了重大进展和供应商现在提供可行的解决方案来解决样品制备,“这仍然是一个重要的问题。”

其次,随着蛋白复合物在自然折叠状态,可用网站获取一个电荷的数量降低,随后可见电荷状态的数量在质谱也减少。不利的一面是,这些大超分子复合物有很高的质荷(m / z)的比率,通常超出标准质谱仪的质量范围。进一步本机女士,这是重要的工具开发先进的物理特性和功能。为首站,罗宾逊,见鬼四极飞行时间质谱仪(QTOF)选择的仪器分析大型大分子组装。^{5 - 7、10、11}

2012年,亚历山大·a·马卡罗夫和之间的合作努力到底实验室报告发展本地女士orbitrap质谱仪。⁸修改整个仪器将被安置,从而促进离子性能高的m / z范围。此外,高分辨率的重要问题,例如,baseline-resolved山峰的分子质量增加<总质量的0.1%,和灵敏度也解决。这方面,厕所的评论:“今天,质谱仪设计和优化专门为本地女士,和许多研究人员已经很好地理解如何操作仪器的性能最大化。还不习惯,但这绝对是到达那里!”

无与伦比的多样性女士的本地应用程序

问题也许不是什么时候可以使用本机女士;而是,当它不能使用?今天,应用程序具有广泛深远影响和多样化。在蛋白质组学,本机女士适合观察和分析共价生物分子复合物。实验系统研究的范围:完整的蛋白质包括评估蛋白质混合物中亚型和定义转录后修饰;完整的蛋白质/亚基折叠动力学;完整的蛋白质构象和构象变化;蛋白质复合物和化学计量学(尤其是野生型和突变体);蛋白质复杂的装配状态;生物活性复合物和确定蛋白质绑定亲和常数。 Furthermore, other areas of key interest include observing and understanding conformational changes that occur in proteins (or DNA/RNA) when a complex is formed with a small molecule (such as a drug or metabolite) and/or nucleic acids.

感兴趣的小分子蛋白质相互作用一直是学术界和制药行业。厕所是第一个人理解本机女士应用程序在这个部门的力量。从学术界逗留期间,他意识到:“可以利用本地女士进一步药物发现工作因为小分子药物通常目标蛋白质。因此,本机可以用来描述女士protein-drug复合物和援助更有效的药物化合物的发展。”

随后采用本地女士的生物技术和生物制药行业预示着过渡这一重要技术从一个学术研究更常规的应用程序的工具。除了持续的兴趣小分子的发现和发展,这个行业有浓厚的兴趣蛋白质疗法。因此,它是一个健壮的方法必须是实现描述免疫抗体immunoconjugates生物仿制药品,抗体药物配合。见鬼说:“尽管本地20到25岁女士;只有最近成为制药公司和接受的工具箱的一部分在行业快速扩张”。质量控制评估杂质和/或聚合物等产品获得批准管理当局是至关重要的。

为例,分析样本non-denaturing条件下不仅证实了分子质量的产品,而且还提供了宝贵的信息同质性、构象(折叠与展开),和低聚状态;所有这些关键因素生成一种高质量的产品。此外,分析本地条件下也可能揭示自然或意想不到的配体的存在可能与蛋白质样品co-purified。厕所:“本地女士仍有方法去影响制药公司在一个非常有意义的方式,但在管道有治疗性蛋白质,抗体药物越来越多的应用程序的本机女士。”他进一步说:“仪表仍需改善,整体灵敏度需要改进抽样需要增加吞吐量。“厕所的话见鬼谁补充说:“中央数据分析,和生物信息学也必须提高了解制药应用。“这些因素无疑是确保本机关键女士有一个永久和中央位置的生物制药生产管道的未来。

本机女士的观点是惊人的:梦想!

本机是高度的互补性女士目前几乎所有的工具,用于结构生物学。从相对少量的材料开始,这种技术可以迅速提供基本的信息结构生物学家。此外,聪明的集成本机女士与生成的数据从其他来源,如交联女士,女士hydrogen-deuterium交换,表面标记和最近,低温电子显微镜,提供了丰富的信息,导致结构的生成真正的模仿在活的有机体内的情况。

见鬼的未来的预测是:“会有样品制备的减少,可以分析蛋白质结构原位——直接从细胞女士“此外,他认为:“没有限制你可以多大,“例如,大量血细胞计数方法,已经使用应急服务国际公司在整个细胞。他说,问题应该是:“什么样的有用生物信息我们能得到什么?和精密什么?”

对科学界,厕所说:“我很乐观,多少本地生长女士只取决于每个人的创造性的想象力。“虽然仍在今天的科幻小说领域,他认为:“当结合方法如自上而下的女士,本机女士可以确定高分辨率的蛋白质结构的工具。”他继续说:“超过27年以来经过蛋白质复杂的第一次电喷雾质谱分析;看看所有那些日子以来蛋白质女士已经取得进展。可以(而且应该)还梦想。”

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