J. Am. Soc. Mass Spec.|使用DPS评估HDX-MS中的蛋白酶切效率

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分享一篇发表在Journal of the American Society for Mass Spectrometry上的文章,Evaluation of Proteolytic Digestion Efficiency in Hydrogen Exchange−Mass Spectrometry Experiments Using the Digestible Peptide Score1文章的通讯作者为堪萨斯大学化学系David D. Weis教授。

在氢-氘交换质谱(HDX-MS)实验中,氘代蛋白的酶切是必不可少的步骤。不同酶切方案之间或固定化蛋白酶柱之间的性能差异有时难以评估。为了比较固定化蛋白酶柱的性能差异,文章开发了一种新的酶切效率指标,称为可酶切肽评分(digestible peptide scoring, DPS)。使用血管紧张素II作为未酶切的内标,通过将酶切后substance P的色谱峰面积与注射等量substance P而不进行酶切后获得的峰面积进行比较,分配0%至100%之间的值。作者使用不同方案制备的多个固定化胃蛋白酶批次对DPS方法进行了测试。结果表明,DPS评估简单快速、准确度高,可用于在进行实验之前评估固定化酶柱的适用性、跟踪色谱柱使用寿命内的性能、专门针对特定实验的淬灭条件优化蛋白酶固定方案以及优化酶切条件。

作者首先对使用DPS进行酶切效率评估的可重复性和准确性进行了考察。用两个供应商批次的猪胃蛋白酶和两种固定化方案制备了多个批次的固定化胃蛋白酶,不同供应商批次和不同固定化方案分别用字母和数字表示。图1a显示了制备的六根固定化胃蛋白酶柱获得的平均DPS值和标准偏差,图1b展示的是使用两种固定化方案中的胃蛋白酶酶切的总体平均DPS。可以看到,无论使用哪个供应商批次的胃蛋白酶,固定化方案1比方案2制备的批次具有更高的活性。方案1的平均DPS值为90.9±1.6%,而方案2固定的胃蛋白酶的平均DPS值为 69.8±2.7%。

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图1.使用两种不同的固定化方案制备不同批次的胃蛋白酶填充的5 cm固定化胃蛋白酶柱的 DPS 值。(a)为每批产品编号评估。(b)两种固定方案的平均DPS值。


为了进一步研究 DPS 区分蛋酶活性差异的能力,图2评估了7 种通过不同固定化方案制备的固定化胃蛋白酶(1-7号,耦合的pH值、硫酸钠的浓度以及蛋白酶和耦合物的比例等不同)以及一个灭活的蛋白酶柱(8号)的酶活。结果显示,不同的固定化胃蛋白酶在DPS评估中产生了可区分的值,表明该方法能够辨别不同制备条件下酶柱的活性差异。同时,每个批次的DPS值标准差较小,显示了测量的可重复性。  


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图2.不同固定方式和灭活胃蛋白酶柱的DPS值。


在证明了 DPS评估法的可行性和准确性之后,作者对于DPS能否可靠地预测蛋白质酶切的效率进行了探究。图3展示了使用两种不同酶切效率(DPS 91%和DPS 70%)的固定化胃蛋白酶柱酶切后的细胞色素c、肌红蛋白和NISTmAb在特定洗脱时间获得的质谱图。可以看到,与DPS 91%的柱子相比,较低DPS值的胃蛋白酶柱酶切产生的未酶切或部分酶切的蛋白质在保留时间区域有更大的质谱响应(更多的大组分残留)。图4通过提取离子色谱图(EIC)的峰面积,对使用两种不同DPS值的胃蛋白酶柱酶切后得到的未酶切或部分酶切的蛋白质产物进行了半定量比较。使用三种蛋白的高丰度的单个电荷态进行提取离子色谱图的累积,结果显示使用DPS 91%的胃蛋白酶柱酶切后,EIC面积普遍更低。特别是对于细胞色素c和肌红蛋白,几乎未检测到未被酶切的蛋白质,而使用DPS 70%的胃蛋白酶柱酶切后则检测到了未被酶切的蛋白质,表明DPS值较高的胃蛋白酶柱具有更高的酶切效率。


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图3.使用DPS 91%和DPS 70%的固定化胃蛋白酶柱酶切(a)细胞色素c、(b)肌红蛋白和(c)NISTmAb后残留高分子量产物的质谱图。

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图4.(a)肌红蛋白(+20电荷态)、(b)细胞色素c多肽1-64(+11电荷态)和(c)NISTmAb轻链多15-127(+9电荷态)的未酶切和部分酶切的蛋白质产物的EIC峰面积。


总的来说,本文开发了一种新的评估HDX-MS实验中蛋白酶切效率的方法——可酶切肽评分(DPS)。实验结果表明,DPS法对于使用相同条件制备的胃蛋白酶柱评估具有重复性,并且能够为使用不同固定化条件的制备胃蛋白酶柱提供可区分的DPS值,为实验室监测和比较固定化胃蛋白酶柱的性能提供了一种有效的工具。最后,作者认为虽然DPS法是使用固定化胃蛋白酶进行开发的,但只要选择适当的肽段,该方法可以适用于任何酶。









    


撰稿:陈凤平

编辑:李惠琳

文章引用:Evaluation of Proteolytic Digestion Efficiency in Hydrogen Exchange−Mass Spectrometry Experiments Using the Digestible Peptide Score



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