9th CONFERENCE OF THE CZECH SOCIETY FOR MASS SPECTROMETRY - BOOK OF ABSTRACTS

Význam tématu

Studium struktury a interakcí biomakromolekul prostřednictvím hmotnostní spektrometrie (MS) poskytuje klíčové informace pro farmaceutický vývoj, molekulární biologii i medicínu. Metody jako FPOP, HDX a extenze „winged“ peptidů v proteomice, LC-ESI-MS/MS glykopeptidů, ion mobility separace isobarů či kvantitativní MSI otevírají možnosti rychlého získání detailních dat o interakcích protein–ligand, vazbách kovů, conformačních změnách i buněčných stresech. Metody analyzují jak čisté proteiny, tak komplexní vzorky (céřové organoidy, mozek, plakáty, mikrobní biofluidy či podzemní vody).

Cíle a přehled studie / článku

1) Vytvořit přehled moderních MS metod:

1. Radikálové modifikace (FPOP, FFAP) a jejich top-down a bottom-up analýza
2. Proměnná teplota v nESI a vysoce citlivé „Zeno trap“ složené s CID/EAD na Q-TOF
3. Separace isobarů pomocí cyklické ion mobility a tzv. HDX-MS
4. LC-ESI-MS/MS glykopeptidů na CSH stacionárních fázích
5. UHPLC-Q-Orbitrap pro metabolomiku
6. CE-ESI-MS a CE-ICP-MS pro siderofory
7. LC-MS/MS pro glykopeptidové a proteinové kvantifikace (SRM, DIA)
8. Mass spectrometry imaging (MALDI qMSI-uD) pro lídrofilní neuroPK studia

2) Ukázat aplikace v biologii a medicíně:

• Metabolomika CVID i biobankovaných dat
• Proteomika v mozečku, v organoidech i v modelových komplexech (HPX-Hb)
• Vysoce citlivé detekce sideroforů a metabolit v moči, krví či vzdušném kondenzátu
• Lipidomické profily v mozku a u helmintních symbióz
• Vývoj metod pro UHT-GC-MS, UHPLC-qMS, CE-ICP-MS, CE-ESI-MS do farmakokinetiky i toxikologie
• Materiály: krev, moč, kapalný kondenzát dechu, buň. organoidy, tkáně, sekundární metabolity, půda

Použitá metodika a instrumentace

• Top-down/Bottom-up proteomika – Orbitrap Fusion, Bruker timsTOF, Agilent Q-TOF, Waters Q-TOF, MALDI-TOF, MALDI-FTICR, MALDI-qMSI
• UHPLC – Agilent 1290, Shimadzu Nexera, Waters UPLC
• CE – Agilent CE7100, detekce ESI-MS 6460, ICP-MS 7700x
• Chromatografie: RP-C18, HILIC, CSH, HSS T3, CSHTM, MEKC
• Ionizace: ESI, nESI, MALDI, AP-SL
• Fragmentace: CID, HCD, ETD/EThcD, EAD/ECD, UVPD
• Labeling: hydroxyl radikály (FPOP), „winged“ peptidy, derivatizace silylací, ACN kyselé dehydrační činidlo
• Data processing: XCMS Online, Compound Discoverer, Byonic, MZmine, custom R, Cytoscape

Hlavní výsledky a diskuse

• Retention time-based filtering ve metabolomice – snížení falešných pozitiv o 88 %, validace v CVID
• „Winged“ peptidy – vliv sekvence na kvantifikaci v SRM proteomice
• Redukce FA v CSH chromatografii – zvýšení citlivosti proteomiky o 40–50 %
• LC-MS/MS SRM v organoidové proteomice – profil 50 markerů na jedno organoid
• GGQI-MS v MALDI-qMSI-uD – vizualizace unbound CNS distribuce risperidonu, olanzapinu a klozapinu
• FPOP + Top-down – lokalizace „kimvir“ fotomodifikací a rozhraní Hb–Hp
• vT-nESI IMS-MS – teplotní unfolding protein-DNA komplexů (nESI-DNA footprinting)
• CE-ESI-MS a CE-ICP-MS – 500× nižší LOD sideroforů v Ga-labelech vs Fe
• GC-MS – elucidace spiro-vzniku elektrochemické oxidace kyseliny chendeoxycholové
• MALDI AP-soft landing fosiliovaných plodin, tkání, plesnitých biofluid Civil Solut. (Covid)

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlý screening biomarkerů nejen ve výzkumné praxi, ale i v QA/QC laboratořích
• Komplexní profiling proteinů, lipidů i metabolitů ve složitých matricích
• Personalizovaná medicína: mozkové organoidy, CNS cílové expozice, IMD diagnózy, ID infekce, UTI
• Neinvazivní testování (moč, kondenzát plic), mikrosamplování potu či slin
• Rychle nasaditelné protokoly pro průmyslové i klinické laboratoře

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace IMS-MS s AI pro identifikaci a kvantifikaci isobarů a strukturální informace
• Miniaturizované MS pro truck-mounted diagnózu invazivních infekcí (metallomics)
• Home-sampling platformy – pot, sliny, DBS s integrovanou přípravou a e-analysis
• Top-down FPOP + ETD v real-time monitoringu protein–protein a protein–nukleová interakce
• Ultrahigh-throughput u HILIC/CSH/CE-ICP-MS ve screening systémech (drogy, pesticidy, PM)
• Vývoj kombinovaných MALDI-AP/soft-landing MS detekcí pro multiplex

Závěr

Pokročilé MS metody a inovativní přístupy kombinující radikálové modifikace, ion mobility, proměnnou teplotu nESI a unikátní separační techniky významně rozšiřují naše možnosti odhalit detailní strukturu a dynamiku biomolekul ve složitých vzorcích relevantních pro farmaceutický vývoj, analýzu infekcí, neurodegenerace i imunometabolických chorob.

Reference

(1) Gadara D. et al. Anal. Chem. 93, 9103–9110 (2021) (2) Vidova, V. & Spacil, Z. Anal. Chim. Acta 964, 7–23 (2017) (3) Shi T. et al. Proteomics 16 (2016) (4) Vahidi, S. et al. Anal. Chem. 84, 9124–9130 (2012) (5) Pluhacek, T. et al. Mass Spectrom. Rev. 35, 35-47 (2016) (6) Luptakova D. et al. Mol Psychiatry (2021) (7) Rahimidashaghoul K. et al. Chem. Eur. J. 25, 15779 (2021) (8) Makin H.L.J. et al. Steroid Analysis, Springer (2010) (9) Cechová M. et al. Anal. Bioanal. Chem. 411, 1169-1180 (2019) (10) Malsagova K. et al. Diagnostics 10, 248 (2020)