ŘEŠENÉ PŘÍKLADY INTERPRETACE PRODUKTOVÝCH SPEKTER PEPTIDŮ

Význam tématu

Interpretace produktových hmotnostních spekter peptidů je klíčová pro de novo sekvenování neribozomálních i ribozomálních peptidů. Umožňuje identifikovat strukturu a modifikace biologicky aktivních molekul (antibiotik, toxinů, signálních peptidů), podporuje objev nových přírodních produktů a zajišťuje kvalitu ve farmaceutickém i potravinářském průmyslu.

Cíle a přehled studie / článku

Studie přináší čtyři příklady interpretace hmotnostních spekter odlišných typů peptidů (lineární, cyklický, s boční větví a cyklický s boční větví). Cílem je demonstrovat principy fragmentačního mechanismu (mobilní proton, bazicita center) a pravidla nomenklatury iontů (b, y, a sérií, imoniové ionty). Součástí je i ukázka využití softwaru CycloBranch pro de novo sekvenování.

Použitá metodika a instrumentace

• Hmotnostní spektrometrie s kolizní fragmentací (CID) ve dvojí rozlišovací schopnosti (low resolution, high resolution).
• Model mobilního protonu a vliv bazicity amido-nitrogen center na intenzity fragmentů.
• Software CycloBranch: databáze stavebních bloků (20 standardních aminokyselin, 287 neribozomálních modifikovaných zbytků), de novo algoritmus generující graf cest odpovídajících sekvencím a skórující teoretická spektra.

Hlavní výsledky a diskuse

1. Lineární peptid (nízké rozlišení): identifikace aminokyselin z imoniových iontů (Pro, Phe, Tyr), b- a y-iónových sérií, stanovení pořadí z iontů b2, y2, b3, y1.
2. Cyklický peptid: nutnost linearizace mezi všemi dvojicemi aminokyselin, anotace b- a a-iontů, výskyt „scrambling“ při uzavírání kruhu. Příklad roseotoxinu A s modifikacemi MePro, MeVal, MeAla, βAla.
3. Lineární peptid s boční větví: použití Orn (114 Da) jako rozvětvovacího uzlu, acetylace (42 Da), rozlišení dvou b5-iontů (Phe vs. AcLxx) a příslušná výstavba sekvence.
4. Cyklický peptid s boční větví: interpretace více překrývajících se řad b-iontů, identifikace zásadních modifikací (AcLxx) a větvícího bodu Orn, řešení struktury pseudacyclinu A.

Přínosy a praktické využití metody

• Efektivní de novo sekvenování neribozomálních peptidů a rychlá identifikace modifikací (methylace, deamidace, acylace).
• Podpora objevování nových přírodních produktů a validace syntetických peptidů.
• Uplatnění v proteomice, metabolomice, QA/QC v chemických a biotechnologických laboratořích.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Propojení s rozsáhlými databázemi modifikovaných zbytků (Norine) a využití strojového učení pro předpověď fragmentačních vzorců.
• Integrace hmotnostní spektrometrie s NMR a rentgenovou difrakcí pro přesné stanovení izomerie a stereochemie.
• Vývoj rychlých online nástrojů a cloudových platforem pro automatizovanou interpretaci spekter.

Závěr

Předložené příklady ukazují, že kombinace teoretických pravidel fragmentace, nomenklatury iontů a softwaru CycloBranch umožňuje spolehlivou de novo analýzu různých typů peptidů. Tento přístup rozšiřuje možnosti rychlé identifikace a strukturové elucide peptidových molekul v akademickém výzkumu i průmyslových aplikacích.

Reference

1. Škultéty L., Novák J., Havlíček V.: Chem. Listy 114, 145 (2020).
2. Novák J., Lemr K., Schug K.A., Havlíček V.: J. Am. Soc. Mass Spectrom. 26, 1780 (2015).
3. Wright P., Alex A., Pullen F.: Rapid Commun. Mass Spectrom. 30, 1163 (2016).
4. Cautereels J., Blockhuys F.: J. Am. Soc. Mass Spectrom. 28, 1227 (2017).
5. Vaisar T., Urban J.: J. Mass Spectrom. 33, 505 (1998).
6. Caboche S. et al.: Nucleic Acids Res. 36, D326 (2008).
7. Bleiholder C. et al.: J. Am. Chem. Soc. 130, 17774 (2008).
8. Jegorov A. et al.: Eur. J. Mass Spectrom. 9, 105 (2003).
9. Havlíček V. et al.: J. Mass Spectrom. 30, 940 (1995).
10. Zahradníčková H. et al.: Amino Acids 35, 445 (2008).
11. Pavlásková K. et al.: J. Nat. Prod. 73, 1027 (2010).
12. Přichystal J. et al.: Anal. Chem. 88, 10338 (2016).