Elektronoverføring dissosiasjon

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Et ionefelle massespektrometer med elektronoverføring dissosiasjon
Peptidfragmenteringsnotasjon

Elektronoverføring dissosiasjon (forkortet til ETD fra engelsk Electron-transfer dissociation) er en metode for fragmentering av flerladede gassformige makromolekyler i et massespektrometer mellom trinnene i tandem massespektrometri (MS/MS).[1] I likhet med elektronfangst dissosiasjon induserer ETD fragmentering av store, multiladdede kationer ved å overføre elektroner til dem.[2] ETD brukes mye med polymerer og biologiske molekyler som proteiner og peptider for sekvensanalyse.[3] Overføring av et elektron forårsaker peptid-ryggradspaltning i c- og z-ioner mens labile posttranslasjonelle modifikasjoner (PTM) er intakte.[4] Teknikken fungerer bare bra for peptid- eller polymerioner med høyere ladningstilstand (z> 2).[2] Imidlertid, i forhold til kollisjonsindusert dissosiasjon (CID), er ETD fordelaktig for fragmentering av lengre peptider eller til og med hele proteiner.[5] Dette gjør teknikken viktig for top-bunn proteomikk. Metoden ble utviklet av Hunt og kollegaer ved University of Virginia.[6]

Historie[rediger | rediger kilde]

Elektronfangst dissosiasjon (ECD) ble utviklet i 1998 for å fragmentere store proteiner for massespektrometrisk analyse.[7] Fordi ECD krever en stor mengde nesten-termiske elektroner (<0,2 eV), ble den opprinnelig brukt utelukkende med fourier-transform ion syklotron resonans massespektrometri (FTICR), den dyreste formen for MS-instrumentering.[8] Mindre kostbare alternativer som kvadrupol flyvetid (Q-TOF), kvadrupol ionefelle (QIT) og lineære kvadrupolionefelle (QLT) -instrumenter brukte den mer energiintensive kollisjonsinduserte dissosiasjonsmetoden (CID), noe som resulterte i tilfeldig fragmentering av peptider og proteiner.[9] I 2004 Syka et al. kunngjorde etableringen av ETD, en dissosieringsmetode som ligner på ECD, men bruker et billig, allment tilgjengelig kommersielt spektrometer. De første ETD-eksperimentene ble kjørt på et QLT-massespektrometer med en elektrosprayioniseringskilde (ESI).[10]

Prinsipp for drift[rediger | rediger kilde]

Flere trinn er involvert i elektronoverføring dissosiasjon. Vanligvis skilles først en proteinblanding ved hjelp av høyytelses væskekromatografi (HPLC). Deretter multipliserte protonerte forløpermolekyler genereres ved elektrosprayionisering og injiseres i massespektrometeret. (Bare molekyler med en ladning på 2+ eller mer kan brukes i ETD.) For at et elektron skal overføres til de positive forløpermolekylene, genereres radikale anioner og settes i ionefellen med dem. Under ion/ion-reaksjonen overføres et elektron til det positivt ladede proteinet eller peptidet, og forårsaker fragmentering langs peptidrygraden. Til slutt blir de resulterende fragmentene masseanalysert.[11]

Forberedelse av radikale anioner[rediger | rediger kilde]

I de opprinnelige ETD-eksperimentene ble antracen (C14H10) brukt til å generere reaktive radikale anioner gjennom negativ kjemisk ionisering.[10] Flere polysykliske aromatiske hydrokarbonmolekyler har blitt brukt i påfølgende eksperimenter, med fluoranten som for tiden er det foretrukne reagenset.[12] Fluoranten har bare omtrent 40% effektivitet i elektronoverføring, men andre molekyler med lav elektronaffinitet blir undersøkt.[11]

Injeksjon og fragmentering[rediger | rediger kilde]

Multiladet forløperion reagerer med radikalanionet
Protein- eller peptidradikale kationfragmenter i c-ion og z-ion

Når forløperkationene (proteiner eller peptider) og radikale anioner kombineres i ionefellen, overføres et elektron til det flerladede kationet. Dette danner en ustabil positiv radikal kation med en mindre positiv ladning og et elektron.[13] Fragmentering finner sted langs peptidryggraden ved en N-Cα-binding, noe som resulterer i fragmentioner av c- og z-typen.[14]

Masseanalysering[rediger | rediger kilde]

Fragmentering forårsaket av ETD gjør det mulig å oppnå mer fullstendig informasjon om proteinsekvenser fra ETD-spektre enn fra CID-tandem massespektrometri. Fordi mange peptid-ryggrad c- og z-type ioner oppdages, kan nesten fullstendig sekvensdekning av mange peptider skilles fra ETD-fragmenteringsspektre.[15] Sekvenser av 15-40 aminosyrer ved både N-enden og C-enden av proteinet kan leses ved hjelp av masse-til-ladningsverdier for de enkelt og dobbeltladede ionene. Disse sekvensene, sammen med den målte massen av det intakte proteinet, kan sammenlignes med databaseoppføringer for kjente proteiner og for å avsløre endringer etter translasjon.[16]

Instrumentelt[rediger | rediger kilde]

Skjematisk diagram over LTQ med ETD
Bruker høykapasitet ionefelle med ETD (skjematisk diagram)

Elektronoverføringsdissosiasjon finner sted i et ionefelle-massespektrometer med en elektrosprayioniseringskilde. De første ETD-eksperimentene ved University of Virginia benyttet en radiofrekvens kvadrupol lineær ionefelle (LQT) modifisert med en kjemisk ioniseringskilde (CI) på baksiden av instrumentet (se diagrammet til høyre).[10] Fordi et spektrum kan oppnås i omtrent 300 millisekunder, blir væskekromatografi ofte koblet med ETD MS/MS.[11] Ulempen med å bruke LQT er at masseoppløsningseffekten er mindre enn for andre massespektrometre.[14]

Senere studier har prøvd andre instrumenter for å forbedre masseoppløsningen. Å ha en negativ CI-kilde på baksiden av instrumentet forstyrret høyoppløsningsanalysatoren i LQT-Orbitrap og kvadrupol flyvetid (QTOF), så alternative ioniseringsmetoder for radikale anioner har blitt introdusert.[11]

I 2006 brukte en gruppe ved Purdue University, ledet av Scott McLuckey, et kvadrupol/flyvetid (QqTOF) tandem massespektrometer med pulserende nano-ESI / APCI-dobbelt ioniseringskilde ved bruk av radikale anioner på 1,3- dinitrobenzen som elektrondonor.[17] Senere tilpasset et laboratorium ved University of Wisconsin et hybrid kvadrupol lineær ionefelle-orbitrap massespektrometer for å bruke ETD. Denne metoden brukte også en frontend-ioniseringsmetode for radikale anioner av 9-antracenkarboksylsyre via pulserte doble ESI-kilder.[18]

Ettersom ETD blir stadig mer populært for analyse av protein- og peptidstrukturer, fortsetter implementeringen på lett tilgjengelige ionefelle massespektrometere kombinert med høyoppløselige masseanalysatorer.[19]

Applikasjoner[rediger | rediger kilde]

Proteomikk[rediger | rediger kilde]

ETD er mye brukt i analysen av protein og store peptider. Viktige endringer etter translasjon, inkludert fosforylering, glykosylering og disulfidbindinger, analyseres alle ved hjelp av ETD.[20]

Polymerkjemi[rediger | rediger kilde]

Selv om MS-baserte analyser av polymerer i stor grad er utført ved bruk av en-trinns MS, har tandem MS også blitt brukt til å karakterisere polymerkomponenter. CID er den vanligste metoden for dissosiasjon som brukes, men ETD har blitt brukt som en komplementær metode. Unike obligasjonsspaltninger som følge av ETD gir verdifull diagnostisk informasjon.[2]

Referanser[rediger | rediger kilde]

  1. ^ Dass, Chhabil (2007). Fundamentals of contemporary mass spectrometry. Hoboken, N.J.: Wiley-Interscience. s. 128. ISBN 978-0-470-11849-8. OCLC 132719366. 
  2. ^ a b c Hart-Smith, Gene (Januar 2014). «A review of electron-capture and electron-transfer dissociation tandem mass spectrometry in polymer chemistry». Analytica Chimica Acta (engelsk). 808: 44–55. doi:10.1016/j.aca.2013.09.033. Besøkt 17. april 2021. 
  3. ^ Brodbelt, Jennifer S. (5. januar 2016). «Ion Activation Methods for Peptides and Proteins». Analytical Chemistry. 1 (engelsk). 88: 30–51. ISSN 0003-2700. PMC 5553572 Åpent tilgjengelig. PMID 26630359. doi:10.1021/acs.analchem.5b04563. Besøkt 17. april 2021. 
  4. ^ Coon, Joshua J.; Syka, John E.P.; Shabanowitz, Jeffrey; Hunt, Donald F. (April 2005). «Tandem Mass Spectrometry for Peptide and Protein Sequence Analysis». BioTechniques. 4 (engelsk). 38: 519–523. ISSN 0736-6205. doi:10.2144/05384TE01. Besøkt 17. april 2021. 
  5. ^ Good, David M.; Wirtala, Matthew; McAlister, Graeme C.; Coon, Joshua J. (November 2007). «Performance Characteristics of Electron Transfer Dissociation Mass Spectrometry». Molecular & Cellular Proteomics. 11 (engelsk). 6: 1942–1951. doi:10.1074/mcp.M700073-MCP200. Besøkt 17. april 2021. 
  6. ^ Donald F. Hunt, Joshua J. Coon, John E.P. Syka, Jarrod A. Marto (19.05.2009). «US patent 7534622 - Electron transfer dissociation for biopolymer sequence mass spectrometric analysis». Besøkt 17. april 2021. 
  7. ^ Zubarev, Roman A.; Kelleher, Neil L.; McLafferty, Fred W. (April 1998). «Electron Capture Dissociation of Multiply Charged Protein Cations. A Nonergodic Process». Journal of the American Chemical Society. 13 (engelsk). 120: 3265–3266. ISSN 0002-7863. doi:10.1021/ja973478k. Besøkt 17. april 2021. 
  8. ^ McLafferty, Fred W.; Horn, David M.; Breuker, Kathrin; Ge, Ying; Lewis, Mark A.; Cerda, Blas; Zubarev, Roman A.; Carpenter, Barry K. (Mars 2001). «Electron capture dissociation of gaseous multiply charged ions by Fourier-transform ion cyclotron resonance». Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 3 (engelsk). 12: 245–249. ISSN 1044-0305. doi:10.1016/S1044-0305(00)00223-3. Besøkt 17. april 2021. 
  9. ^ Mitchell Wells, J. (2005). «Collision‐Induced Dissociation (CID) of Peptides and Proteins». Methods in Enzymology (engelsk). 402. Elsevier. s. 148–185. ISBN 978-0-12-182807-3. doi:10.1016/s0076-6879(05)02005-7. Besøkt 17. april 2021. 
  10. ^ a b c Syka, J. E. P.; Coon, J. J.; Schroeder, M. J.; Shabanowitz, J.; Hunt, D. F. (29. juni 2004). «Peptide and protein sequence analysis by electron transfer dissociation mass spectrometry». Proceedings of the National Academy of Sciences. 26 (engelsk). 101: 9528–9533. ISSN 0027-8424. PMC 470779 Åpent tilgjengelig. PMID 15210983. doi:10.1073/pnas.0402700101. Besøkt 17. april 2021. 
  11. ^ a b c d Kim, Min-Sik; Pandey, Akhilesh (Februar 2012). «Electron transfer dissociation mass spectrometry in proteomics». PROTEOMICS. 4-5 (engelsk). 12: 530–542. PMC 3664229 Åpent tilgjengelig. PMID 22246976. doi:10.1002/pmic.201100517. Besøkt 17. april 2021. 
  12. ^ Chi, A.; Huttenhower, C.; Geer, L. Y.; Coon, J. J.; Syka, J. E. P.; Bai, D. L.; Shabanowitz, J.; Burke, D. J.; Troyanskaya, O. G. (13. februar 2007). «Analysis of phosphorylation sites on proteins from Saccharomyces cerevisiae by electron transfer dissociation (ETD) mass spectrometry». Proceedings of the National Academy of Sciences. 7 (engelsk). 104: 2193–2198. ISSN 0027-8424. PMC 1892997 Åpent tilgjengelig. PMID 17287358. doi:10.1073/pnas.0607084104. Besøkt 17. april 2021. 
  13. ^ «Electron Transfer Dissociation - MagLab». nationalmaglab.org (engelsk). Besøkt 17. april 2021. 
  14. ^ a b Qi, Yulin; Volmer, Dietrich A. (Januar 2017). «Electron-based fragmentation methods in mass spectrometry: An overview: ExD IN MS». Mass Spectrometry Reviews. 1 (engelsk). 36: 4–15. doi:10.1002/mas.21482. Besøkt 17. april 2021. 
  15. ^ Zhang, Qibin; Frolov, Andrej; Tang, Ning; Hoffmann, Ralf; van de Goor, Tom; Metz, Thomas O.; Smith, Richard D. (15. mars 2007). «Application of electron transfer dissociation mass spectrometry in analyses of non-enzymatically glycated peptides». Rapid Communications in Mass Spectrometry. 5 (engelsk). 21: 661–666. PMC 2731431 Åpent tilgjengelig. PMID 17279487. doi:10.1002/rcm.2884. Besøkt 17. april 2021. 
  16. ^ Chi, An; Bai, Dina L.; Geer, Lewis Y.; Shabanowitz, Jeffrey; Hunt, Donald F. (Januar 2007). «Analysis of intact proteins on a chromatographic time scale by electron transfer dissociation tandem mass spectrometry». International Journal of Mass Spectrometry. 1-3 (engelsk). 259: 197–203. PMC 1826913 Åpent tilgjengelig. PMID 17364019. doi:10.1016/j.ijms.2006.09.030. Besøkt 17. april 2021. 
  17. ^ Xia, Yu; Chrisman, Paul A.; Erickson, David E.; Liu, Jian; Liang, Xiaorong; Londry, Frank A.; Yang, Min J.; McLuckey, Scott A. (Juni 2006). «Implementation of Ion/Ion Reactions in a Quadrupole/Time-of-Flight Tandem Mass Spectrometer». Analytical Chemistry. 12 (engelsk). 78: 4146–4154. ISSN 0003-2700. PMC 2575740 Åpent tilgjengelig. PMID 16771545. doi:10.1021/ac0606296. Besøkt 17. april 2021. 
  18. ^ McAlister, Graeme C.; Phanstiel, Doug; Good, David M.; Berggren, W. Travis; Coon, Joshua J. (Mai 2007). «Implementation of Electron-Transfer Dissociation on a Hybrid Linear Ion Trap−Orbitrap Mass Spectrometer». Analytical Chemistry. 10 (engelsk). 79: 3525–3534. ISSN 0003-2700. PMC 2662514 Åpent tilgjengelig. PMID 17441688. doi:10.1021/ac070020k. Besøkt 17. april 2021. 
  19. ^ Zhurov, Konstantin O.; Fornelli, Luca; Wodrich, Matthew D.; Laskay, Ünige A.; Tsybin, Yury O. (2013). «Principles of electron capture and transfer dissociation mass spectrometry applied to peptide and protein structure analysis». Chemical Society Reviews. 12 (engelsk). 42: 5014. ISSN 0306-0012. doi:10.1039/c3cs35477f. Besøkt 17. april 2021. 
  20. ^ Wiesner, Julia; Premsler, Thomas; Sickmann, Albert (November 2008). «Application of electron transfer dissociation (ETD) for the analysis of posttranslational modifications». PROTEOMICS. 21 (engelsk). 8: 4466–4483. doi:10.1002/pmic.200800329. Besøkt 17. april 2021. 
Hentet fra «https://no.wikipedia.org/w/index.php?title=Elektronoverføring_dissosiasjon&oldid=21788712»