DEVELOPMENT OF NEW METHODOLOGIES VIA HIGH-RESOLUTION MASS SPECTROMETRY FOR PROTEIN COMPLEXES STRUCTURAL CHARACTERIZATION - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2012

DEVELOPMENT OF NEW METHODOLOGIES VIA HIGH-RESOLUTION MASS SPECTROMETRY FOR PROTEIN COMPLEXES STRUCTURAL CHARACTERIZATION

DÉVELOPPEMENT DE NOUVELLES MÉTHODOLOGIES PAR SPECTROMÉTRIE DE MASSE A TRÈS HAUTE RÉSOLUTION POUR L'ANALYSE STRUCTURALE DE COMPLEXES PROTÉIQUES

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Ophélie Robine
  • Function : Author
  • PersonId : 932554

Abstract

The association of hydrogen/deuterium exchange and mass spectrometry (HDX/MS) has been emerged as a powerful analytical tool for probing structural and dynamic features of proteins. In classical bottom-up approach, the deuterated protein is digested by pepsin and the proteolytic digest is analyzed by mass spectrometry. Unfortunately, this approach suffers from two main drawbacks: (1) the resolution, which is limited by the size of the peptides after digestion and (2) the back-exchange that can take place in solution before the analysis by mass spectrometry. Classical tandem mass spectrometry cannot be used to improve resolution since Collision Induced Dissociation (CID) experiments on deuterated peptides have been shown for intramolecular deuterium migration before backbone cleavage ("scrambling"). Therefore, there is a great interest in the development of alternative HDX/MS approaches in order to improve back-exchange, scrambling and resolution problems. In this work, a complete optimized workflow for robust top-down HDX/MS has been set up. New system has been developed for introduction of the deuterated samples in the mass spectrometer, named "cryosource" and electron-based activation techniques, Electron Capture/Transfer Dissociation, were used. ECD and ETD have been shown recently to fragment, in proper experimental conditions, entire deuterated proteins with minimized scrambling and single residue resolution. The cryosource leads to negligible back-exchange during long periods of time and allows low flow rates. Optimization of all parameters was done using model peptides and protein. Our final goal was to use this methodology for the structural analysis of the complex aIF2.
L'association échanges hydrogène/deutérium et spectrométrie de masse (HDX/MS) est devenue un outil analytique de choix pour l'étude de la structure et dynamique des protéines. L'approche classique "bottom-up" repose sur la digestion à la pepsine de la protéine deutérée et analyse des peptides protéolytiques par MS. Malheureusement, cette approche souffre de deux limitations majeures : (1) la résolution limitée par la taille des peptides après digestion et (2) l'échange inverse en solution avant l'analyse par MS. La MS en tandem classique ne peut pas être utilisée pour améliorer la résolution depuis que des expériences CID (Collision Induced Dissociation) sur des peptides deutérés ont montré une migration intramoléculaire des deutériums avant dissociation ("scrambling"). Par conséquent, il y a un grand intérêt à développer des approches HDX/MS alternatives pour améliorer les problèmes d'échange inverse, scrambling et résolution. Ce travail a donc consisté à mettre au point une méthode top-down HDX/MS robuste. Un nouveau système d'introduction des protéines deutérées dans le spectromètre de masse, appelé "cryosource", a été développé et les techniques d'activation basées sur la capture/transfert d'électron ont été utilisées. Il a récemment été montré que les méthodes ECD/ETD réduisaient le scrambling dans des conditions contrôlées avec une résolution à l'acide aminé près. L'utilisation de la cryosource a permis de diminuer l'échange inverse pendant des temps longs et avec des débits faibles. L'optimisation de tous les paramètres a été réalisée sur des peptides/protéine modèles. Notre objectif final était que notre approche soit applicable à l'analyse structurale du complexe aIF2.
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Dates and versions

pastel-00750754 , version 1 (12-11-2012)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00750754 , version 1

Cite

Ophélie Robine. DÉVELOPPEMENT DE NOUVELLES MÉTHODOLOGIES PAR SPECTROMÉTRIE DE MASSE A TRÈS HAUTE RÉSOLUTION POUR L'ANALYSE STRUCTURALE DE COMPLEXES PROTÉIQUES. Chimie analytique. Ecole Polytechnique X, 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00750754⟩
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