Etude des interactions non-covalentes par spectrométrie de masse à ionisation électrospray

This work describes a study of noncovalent interactions by electrospray mass spectrometry (ES-MS). In particular, we studied DNA duplexes, DNA complexes with drugs and cyclodextrin complexes with aliphatic acids. ES-MS experiments were performed on a hybrid quadrupole-TOF instrument and on an ion trap instrument. Basically two kinds of information can be obtained on the complexes. First, the full scan mass spectra give information on the composition of the solution that is injected, and therefore on the solution-phase stability of the complexes. We compare the ESMS data with the solution-phase data, and discuss the specificity of the observed complexes. The problem of nonspecific aggregation was encountered for the hydrophobic cyclodextrin complexes. We developed a new method for determining simultaneously the equilibrium association constant of [1:1] complexes and the ratio between the electrospray response factors of the complex and the free substrate. A change in the substrate conformation upon ligand binding can be detected by measuring the response factors of the complex and the free host. Second, the collision-induced dissociation of the complexes in the gas phase and the measurement of the amounts of fragments resulting from this dissociation give information on the gas phase kinetic stability of the complexes. It is shown that different collision regimes allow the system to fragment via different pathways, and that fast activation conditions favor the noncovalent dissociation of the complex because this process is entropy favored. The gas-phase kinetic stability measurements on series of homologous complexes suggest that intermolecular interactions like hydrogen bonding, electrostatic interactions, and stacking are conserved in the gas phase. Finally, on the basis of the results obtained on DNA duplexes, we propose a general multistep mechanism for the dissociation of noncovalent complexes.Ce travail décrit l’étude des interactions non-covalentes par spectrométrie de masse couplée à l’électronébulisation (ES-MS). En particulier, nous avons étudié des duplex d’ADN, des complexes entre ces duplex et des drogues, et des complexes de cyclodextrines avec des acides aliphatiques. Les expériences ont été réalisées sur un spectromètre hybride quadripole-TOF et sur un spectromètre de type piège à ions quadripolaire. Deux types d’informations distinctes peuvent être obtenues sur les complexes. Premièrement, les spectres de masse simples renseignent sur les espèces présentes dans la solution injectée, et donc sur la stabilité en solution des complexes. Nous avons comparé les données en solution et les résultats obtenus en ES-MS pour discuter de la spécificité des complexes observés. Nous avons détecté une agrégation non-spécifique pour les complexes hydrophobes de cyclodextrines. Une nouvelle méthode a été établie pour déterminer simultanément la constante d’équilibre d’association d’un complexe [1:1] ainsi que le rapport entre les facteurs de réponse du complexe et du substrat libre. Le changement de conformation du substrat causé par la fixation du ligand se reflète dans les facteurs de réponse. Deuxièmement, la dissociation des complexes induite par collision et la mesure des intensités relatives des fragments en fonction de l’énergie collisionnelle donnent des informations sur la stabilité cinétique des complexes en phase gazeuse. Nous avons montré que des régimes de collision différents favorisaient des canaux de réaction différents, et que la dissociation du complexe non-covalent en ses ligands constitutifs était favorisée par un régime d’activation rapide, ce processus étant favorisé entropiquement. Les mesures de stabilité cinétique en phase gazeuse sur des séries de complexes homologues suggèrent que les interactions intermoléculaires telles les interactions électrostatiques, les liaisons hydrogène et les interactions d’empilement sont conservées dans les complexes isolés en l’absence de solvant. Enfin, sur base de différents résultats obtenus sur des duplex d’ADN, nous avons proposé un mécanisme multi-étapes pour rendre compte de la dissociation des complexes non-covalents en général