Orbitrap Ascend Editions質(zhì)譜儀在蛋白質(zhì)結構生物學中的應用實例
Orbitrap Ascend Editions：多種碎裂/活化技術與Native MS雙輪驅(qū)動，解鎖結構生物學新維度
生物大分子三維結構解析是結構生物學的核心，傳統(tǒng)技術受限于表征難度、靈敏度等瓶頸。Thermo Scientific™ Orbitrap™ Ascend Editions三合一質(zhì)譜儀憑借多種碎裂/活化技術與可選配的Native MS 選項，為蛋白質(zhì)結構生物學研究提供強力支撐。
多種碎裂/活化技術，
精準解構分子細節(jié)
精準解構分子細節(jié)
Orbitrap Ascend Editions 質(zhì)譜儀集成六種正交碎裂方式（CID、HCD、ETD、EThcD、ETciD、UVPD）和PTCR活化方式，且不同碎裂/活化方式之間可靈活組合，實現(xiàn)從肽段到完整蛋白的全方位結構解析。
Orbitrap Ascend Editions 中的多種碎裂/活化方式
1. 經(jīng)典碎裂技術：高效獲取基礎信息
CID，HCD 適用于常規(guī)肽段序列解析，其中HCD碎裂獲取更豐富信息，精準定位N糖基化、磷酸化等翻譯后修飾（PTM）位點。
2. 電子轉(zhuǎn)移碎裂技術：適配復雜修飾場景
ETD可保留糖鏈等修飾信息，適用于O糖基化等特定修飾分析；可一定程度打開二硫鍵，結合三級分析可定位復雜二硫鍵位點；可特異性區(qū)分亮氨酸和異亮氨酸，提高從頭測序分析的精準性；可降低氫氘重排，在HDX分析中提高蛋白蛋白結合位點的分析精度；相比經(jīng)典碎裂技術，更適合完整蛋白Top-down或者Middle-down分析，獲得更高的序列覆蓋度。此外，衍生的EThcD、ETciD可進一步提高ETD譜圖的質(zhì)量。
3. 紫外光解離技術：突破傳統(tǒng)碎裂局限
UVPD可斷裂更多類型化學鍵，獲得豐富的各類碎片離子，在Top-down分析中可作為正交碎裂方式使用。
4. PTCR技術：簡化復雜譜圖
PTCR可在一級或多級后插入，通過質(zhì)子轉(zhuǎn)移，電荷減少，可有效簡化復雜譜圖，提高一級解析成分的數(shù)目，提高二級或多級譜圖解析的覆蓋度。
5. 多種碎裂/活化協(xié)同：實現(xiàn)深度解析
上述多種不同的碎裂/活化方式可按需進行搭配組合，例如HCDpdETD，HCDpdUVPD可用于未富集糖肽的解析；HCD，ETD，UVPD，PTCR組合可用于提高完整蛋白 Top-down和Middle-down的序列覆蓋度。此外，Orbitrap Ascend Editions質(zhì)譜儀溫和的離子源區(qū)設計，可保留不穩(wěn)定及低豐度修飾，以及其雙多極離子通道的設計，實現(xiàn)多流程同步，使其更適配于多種翻譯后修飾分析及 Top-down 蛋白質(zhì)組學分析。
Native MS 選項，
還原天然結構本貌
還原天然結構本貌
非變性質(zhì)譜是表征生物大分子天然構象的核心技術，Orbitrap Ascend Editions質(zhì)譜儀可選的Native MS 選項，將Orbitrap檢測上限提至16,000 m/z，可高效檢測數(shù)百kDa級復合物（如800 kDa的GroEL蛋白），也可用于膜蛋白分析。四極桿隔離范圍擴展至8,000 m/z，在進行大蛋白及復合物分析中，可選用四極桿替代離子阱進行離子隔離。
Native MS 選項擴展質(zhì)量范圍及隔離范圍
應用實例
01 結合 Native MS 與 DIA-PTCR解析膜蛋白結構
膜蛋白積極參與細胞過程，大約占60% 的臨床藥物靶點，具有極高的研究價值。用于溶解膜蛋白的膜模擬物結構復雜，給非變性質(zhì)譜分析帶來困難。常見的膜模擬物包括去污劑膠束、納米盤（nanodiscs）和苯乙烯馬來酸脂質(zhì)顆粒（SMALPs），可維持膜蛋白的原生結構。
不同類型的膜模擬物
對nanodisc中膜蛋白進行 DIA-PTCR 分析（如分別針對 m/z 7000、7300、7600 的 PTCR 掃描），可分辨電荷價態(tài)，發(fā)現(xiàn)全掃描中隱藏的多個峰，提升分析準確性。對 DIA-PTCR 譜圖進行滑動窗口解卷積，得到 140-175 kDa 的分子量，相鄰解卷積峰間距為 700-750 Da，符合脂質(zhì)的分子量范圍，為 nanodisc中膜蛋白 - 脂質(zhì)復合物的組成分析提供依據(jù)[1]。
Nanodisc中膜蛋白的DIA-PTCR 譜圖及解卷積結果
02 結合多種碎裂/活化方式定位ADC藥物中的Payload
抗體藥物偶聯(lián)物（ADCs）通過 linker 將單克隆抗體（mAb）與細胞毒性藥物（payload）共價結合，兼具抗體的靶向特異性和藥物的高殺傷活性，用于癌癥等疾病治療，但偶聯(lián)會導致 DAR 異質(zhì)性（藥物分子數(shù)量可變）和結合位點異質(zhì)性（偶聯(lián)位置不同），影響產(chǎn)品安全性和療效。
傳統(tǒng)方法表征 payload結合位點時，Bottom-up易產(chǎn)生人工修飾，無法反映天然狀態(tài)；Top-down序列覆蓋率低；Middle-down雖可分析～25 kDa 亞基，但 MS² 實驗中碎片離子譜圖擁擠復雜，導致 payload 結合位點無法明確鑒定。結合多種碎裂/活化方式可有效定位ADC藥物中的payload [2]。
PTCR將原本集中在 800-1400 m/z 范圍的碎片離子分散至 500-8000 m/z 區(qū)間，降低碎片離子譜圖的復雜度，同時提升診斷離子的檢測率和鑒定可信度。
Fd′+1a 的EThcd MS2和 EThcD MS2-PTCR MS3譜圖對比
不同碎裂方式結合PTCR可分別有效提高序列覆蓋度。EThcD 與 PTCR 聯(lián)用表現(xiàn)最優(yōu)，F(xiàn)d′ 各亞基覆蓋率達 70.7%-72.0%，較不使用PTCR平均提升 17%。
不同碎裂方式結合PTCR前后的序列覆蓋度及payload位點
此外，兩種或多種碎裂/活化方式的結合，產(chǎn)生豐富的碎片形式，可明確亞基上的 payload 結合位點。
多種碎裂方式結合可明確payload的結合位點
重構結構生物學分析范式
Orbitrap Ascend Edition 質(zhì)譜儀以碎裂技術的靈活性與Native MS的天然構象保留能力為核心，為基礎研究與藥物研發(fā)提供高效精準支撐，成為推動結構生物學突破的重要工具。
參考文獻：
[1] Establishing a Decision Tree for Native Mass Spectrometry Analysis of Membrane Proteins in Complex Membrane Mimetics. Thermo PO2023-21EN
[2] Enhanced Payload Localization in Antibody−Drug Conjugates Using a Middle-Down Mass Spectrometry Approach with Proton Transfer Charge Reduction. Anal. Chem. 2024, 96, 18483−18490
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