一种红外活化电子捕获解离新技术及其在蛋白质“自上而下”质谱中的应用

For the characterization of protein sequences and post-translational modifications (PTMs) by mass spectrometry (MS), both top-down and bottom-up strategies have been applied. As a complementary method to bottom-up MS, top-down MS can provide more accurate and specific data for protein analysis. Thus it plays a very important role in the proteomics study. Among these applied top-down approaches, electron capture dissociation (ECD) is the most attractive one. PTMs are preserved with ECD but are frequently lost in collisionally activated dissociation. Thus it plays a unique and very important role in the analysis and identification of proteins. The main disadvantage of ECD is the low dissociation efficiency, and poor performance in the application for protein ions with molecular weight larger than 15 kDa. In order to solve this problem, we plan to activate and unfold the precursor protein ions in the gas phase with IR laser just before ECD. The biggest challenge here is how to improve the poor overlap of ion clouds, electrons and IR beam, and make the experiment more performable. We propose a new method based on introducing the laser beam in the direction perpendicular to the electron beam by an IR fiber to ensure the effective overlap of ions, electrons and laser beam. The method can greatly increase the dissociation efficiency of ECD, and greatly expand its application in the top-down MS for protein analysis.

利用质谱技术对蛋白质分析，有top-down和bottom-up两种互补的策略。Top-down方法具有更高的准确度和针对性，可发挥独特的作用。其中使用的电子捕获解离（ECD）技术，能在裂解过程中有效保留翻译后修饰基团，因此在蛋白质分析和鉴定中起着非常重要的作用。但其主要缺点是解离效率较低，难以直接应用于分子量大于 15 kDa蛋白质离子。为解决这一问题，我们计划利用红外激光对气相蛋白质离子在ECD前进行活化和去折叠，以提高解离效率。针对目前使用方法中电子束、离子云和红外激光束的重叠程度低、难以调节等缺点，我们提出一种采用红外光纤传输的新方法，来实现磁场中心电子束和红外激光的正交入射，以及它们和离子云之间的有效重叠，提高ECD的解离效率，扩展其在top-down质谱中的应用范围。这项研究将有望改变目前top-down质谱分析的现状，进一步促进ECD在蛋白质组学研究中的广泛应用。

利用质谱技术对蛋白质分析，有Top-down和Bottom-up两种互补的策略。Top-down方法具有更高的准确度和针对性，可发挥独特的作用。其中使用的电子捕获解离（ECD）技术，能在裂解过程中有效保留翻译后修饰基团，因此在蛋白质分析和鉴定中起着非常重要的作用。但其主要缺点是解离效率较低。为解决这一问题，本项目中我们利用193 nm紫外激光，结合离子活化技术，实现了基于193 nm UVPD的Top-down 质谱新方法，大大提高了解离效率。对泛素的实验结果表明该方法的序列覆盖率高于90%。而且产生丰富的a、z系列离子。同时通过自行开发的软件，实现了蛋白质高分辨Top-down质谱中碎片离子峰的自动归类和数据分析。建立了通过直接红外激光解离来获得气相蛋白质离子红外光谱的方法,获得了不同电荷价态泛素离子（+7 - +13）的红外光谱。并发现了的电荷价态对其红外光谱的影响。设计了一种可用于高真空的光纤引入系统。同时还结合红外解离光谱方法对氨基酸团簇分子的结构进行了系统的研究，指出氨基酸同源二聚体的结构类型直接与其组成单体的质子亲和能相关。成功地将光解离技术应用与手性区分中。这项研究将促进top-down质谱分析在蛋白质组学研究中的应用，并将扩展光解离光谱与质谱技术在气相离子结构研究、异构体区分、分子解离动力学以及团簇科学中的应用。