用电荷检测质谱法揭示生物复杂性
蛋白质组的:蛋白质组的特征
蛋白质水平的生物学为研究人员提供了一些最紧迫的医疗保健问题的答案。从识别重要的疾病生物标志物到通过绘制蛋白质相互作用来帮助药物开发，可以从研究蛋白质组内的过程中收集很多信息。但我们如何利用这些巨大的知识财富来继续推进科学的发展呢?
理解蛋白质组中的过程需要对所含蛋白质进行表征和分析。这不是一项简单的任务。围绕这种蛋白质分析的挑战可以归结为两个主要的复杂因素:规模和复杂性。首先，蛋白质组可以包含数百种不同浓度的蛋白质，需要具有较大动态测量范围的技术。第二，蛋白质不只是作为一个单独的物种存在，而是作为大量的蛋白质形态存在。由于它们的细微差异，这些蛋白质形态是非常难以描述的，但这种描述是非常重要的，因为蛋白质形态具有必须确定的独特生物学功能。精确和高分辨率的分析技术对于破译蛋白质组的复杂性是绝对必要的，并使更好的生物治疗分析和开发成为可能。
在分析复杂样品方面的突破
表征大型异质蛋白质复合物的传统工具是质谱分析(女士)。质谱测量质荷比(m / z)的蛋白质离子，并提供高分辨率的测量，可以解决蛋白质形态的复杂性。特别是原生质谱是一种有利的工具，可以在其原生状态下表征大型异质蛋白质复合物的组成和化学计量学。
虽然这是一种非常有用的技术，但目前的质谱方法在大型或复杂的大分子分析中仍然存在重大挑战。最重要的是，剩余溶剂化、离子加合和翻译后修饰可能导致电荷态和同位素分布的重叠。这种重叠导致了高水平的复杂性，对于较大的配合物(约150kda)难以解决，产生的光谱难以处理m / z的反褶积。现在，质谱技术的新发展可能为分析以前难以解决的目标提供答案。
通过直接大规模技术模式找到清晰度
电荷检测质谱(CDMS)正在成为一种解决方案，通过直接在质量域提供更大和更复杂的大分子的数据来克服描述复杂蛋白质形态的挑战。CDMS可与传统的CDMS同时进行m / z使用Thermo Scientific™Orbitrap™分析仪进行测量，为现有完善的系统配备额外的电荷检测功能。这种方法提供了平行的单个离子测量结果直接和准确的质量测定，而不需要米/原生系综测量中电荷态或同位素分辨信号的z基反褶积。
CDMS为大型蛋白质复合物分析带来了许多优势。最显著的好处之一是，与传统的集成离子测量相比，分辨率提高了20倍。此外，它不仅为更好的蛋白质检测提供了更大的动态范围，而且还将可访问的质量测量的上限提高到兆达尔顿范围。与以前的方法相比，CDMS需要的样品更少，或样品浓度更低，因为它具有很高的灵敏度，可以获得出色的结果。
那么，它是如何工作的呢?运行样品，在每个光谱中平行收集数百个单个离子(图1)m / z由轴向振荡的频率决定，Thermo Scientific™直接质量技术™模式额外计算随时间的综合感应强度信号，输出一个共振离子的选择性时间概况(STORI)图．一个单独的离子的斜率与它的电荷成正比，因此允许测定z．从乘m / z而且z，可以计算出每个离子的质量，从而得到高分辨率的质域谱。
图1:展示如何通过CDMS获得高分辨率质域光谱的示意图。
一个与生物复杂性相匹配的工具
研究人员正在探索CDMS分析大分子复杂溶液的潜力。结果令人难以置信。一项研究分析了CDMS用于测量蛋白质形态及其复合物无论是变性的还是原生的操作模式。CDMS检测到超过500种蛋白质形态，仅标准集成MS未检测到任何蛋白质形态(图2)。另一项研究使用CDMS来研究完整的蛋白质形态．低丰度片段离子包含数百个以前无法检测到的残基，与传统的40 kDa蛋白质读数相比，可获得的序列覆盖率增加了48%。如果没有这项技术，研究人员将缺乏详细的见解，对这些大型物种的存在仍然一无所知。
复杂的生物治疗特征有时可以通过传统的集成质谱方法实现，但通常需要多次实验或大量的样品处理。最近一项关于依那西普的研究肿瘤坏死因子(TNF)抑制剂，使用天然质谱和Thermo Scientific™Q Exactive™超高质量范围(UHMR)质谱仪鉴定了超过100种糖型共存。当使用直接质量技术模式而不是集成测量时，可以实现更可靠的表征，以单位分辨率揭示生物治疗中存在的复杂异质性(图2)。
图2:使用Q Exactive UHMR质谱仪(上)和传统集成质谱仪(下)分析国产Etanercept fc -融合蛋白(约125 kDa单体)。与传统方法相比，直接大规模技术模式揭示了更广泛的变形形式分布。
CDMS正在打破它所能检测到的物种大小的记录。事实上，CDMS给出了前所未有的同位素质量在数百kDa的物种的分辨率使用直接大规模技术模式的Orbitrap仪器。虽然使用CDMS已经进行了大量的探索，但现在该技术已经商业化，它为实验室研究复杂大分子提供了很多东西。
释放蛋白质组的潜能
蛋白质组包含大量的信息，等待我们去利用。CDMS使我们能够以前所未有的细节了解蛋白质形态，并充分利用这些有价值的见解。现在，生物学的巨大复杂性可以以前所未有的清晰度探索，甚至可以观察到低频率的事件。CDMS不仅是蛋白质组学分析的重要工具，而且它的功能也非常适合应用于复杂的生物治疗分析。增强我们对复杂分析物的理解的能力，最终将指导研究人员，并使开发更好的生物疗法和下一代药物模式成为可能，以改善医疗保健。
作者简介:
丹尼尔·赫曼森开始了他在化学生物学领域的研究生涯，专注于利用质谱来了解生物过程。他在田纳西州纳什维尔的范德比尔特大学获得博士学位，研究环加氧酶-2的底物选择性抑制。随后，他在斯克里普斯研究所(Scripps research Institute)进行博士后研究，应用基于活性的蛋白质分析(Activity-Based Protein Profiling)研究未注释蛋白质的功能。Daniel加入赛默飞世尔科技公司担任现场应用科学家，为质谱客户提供仪器和应用培训。他目前是高级产品营销经理，专注于先进的质谱产品和软件。
