Mass spectrometry and ion mobility in the characterization and of peptides from protein cross-linking experiments

A função de uma proteína está diretamente relacionada com sua estrutura e conhecendo a estrutura de uma proteína é possível verificar onde estão localizados e como agem seus sítios ativos e de interação. Dentre os métodos empregados para análise estrutural de proteínas por espectrometria de massas (MS), experimentos de ligação cruzada vêm recebendo grande destaque. Nestes experimentos, após digestão enzimática três tipos de peptídeos contendo agentes de ligação cruzada (ALCs) podem ser formados: espécies intramoleculares, quando o ALC está ligado entre dois resíduos do mesmo peptídeo; espécies intermoleculares, quando o ALC une dois peptídeos distintos e dead-end, quando o ALC liga-se apenas a um resíduo, sendo que o outro lado de sua cadeia normalmente sofre hidrólise. A etapa crucial em experimento de ligação cruzada consiste na correta atribuição e identificação dos peptídeos modificados por ALC, etapa que pode ser facilitada conhecendo a fragmentação destes peptídeos. Desse modo, o foco principal deste trabalho foi realizar experimentos de fragmentação das diferentes espécies de peptídeos modificados por ALCs utilizando metodologias baseadas na técnica de espectrometria de massas, como dissociação induzida por colisão (CID), dissociação multifotônica por infravermelho (IRMPD) e dissociação por captura de elétrons (ECD). Os estudos realizados proporcionaram a visualização de um padrão de fragmentação de espécies inter e intramoleculares, bem como a presença de íons diagnósticos, capazes de auxiliar na identificação de peptídeos modificados por ACLs. Além disso, a técnica de mobilidade iônica, que consiste na separação de íons baseado em suas seções de choque, acoplada à espectrometria de massas (IMMS), foi emprega para realizar estudos para caracterização de peptídeos modificados por ALCs. Utilizando IMMS foi possível realizar a separação de espécies isoméricas do tipo dead-end, bem como verificar que peptídeos lineares e modificados por ALC, com m/z próximos possuem seções de choque semelhantes.There are several advantages associated with the use of mass spectrometry (MS) applied to structural studies of proteins, such as unlimited mass of target protein or protein complex, very low time and sample consumption, ease of manipulation and interpretation of the data obtained. In chemical cross-linking coupled to MS, bifunctional reagents (cross-linkers, XL) are used to generate covalent bonds between the side chains of specific residues (usually lysine) and the distance constraints obtained are then used to model the structure of the protein and reveal interacting regions in the case of protein complexes. After enzymatic digestion, three types of peptides modified by the XL can be generated: intramolecular cross-linked, in which the cross-linker is linked to two residues of the same peptide; intermolecular cross-linked, when the reagent connects two peptides; and ¿dead-end¿, that occurs when the cross-linker is bound to only one residue and the other side is usually hydrolyzed. The critical step in a cross-linking experiment is the correct attribution and identification of the modified peptides, which is in turn based on the fragmentation of such species. So, the main focus of this work is to perform fragmentation studies of cross-linked peptides and rationalize fragmentation models to aid in the correct identification and attribution of modified peptides. In our studies we verified a fragmentation pattern of modified peptides, as well as diagnostic fragment ions, able to help in the identification of cross-linked peptides. Studies of ion mobility (IMS) coupled to mass spectrometry (IMMS) to analyze cross-linked peptides were also performed. It was possible to separate dead-end isomers and it was verified that linear and modified peptides, of similar m/z have similar collision cross-section