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電子移動解離（ETD ）は、質量分析計内のタンデム質量分析（MS/MS）の各段階の間に、多価ガス状高分子を断片化する方法である。 [1]電子捕獲解離と同様に、ETDは大きな多価カチオンに電子を移動させることで、それらのカチオンを断片化させる。[2] ETDは、配列分析のためにポリマーやタンパク質やペプチドなどの生体分子に広く使用されている。[3]電子の移動により、ペプチド骨格がcイオンとzイオンに切断されるが、不安定な翻訳後修飾（PTM）はそのまま残る。 [4]この技術は、より高い電荷状態のペプチドまたはポリマーイオン（z>2）にのみ有効である。[2]ただし、衝突誘起解離（CID）と比較して、ETDはより長いペプチドまたはタンパク質全体の断片化に有利である。[5]このため、この技術はトップダウンプロテオミクスにとって重要である。この方法はバージニア大学のハントとその同僚によって開発された。[6]
歴史
電子捕獲解離（ECD）は、質量分析のために大きなタンパク質を断片化するために1998年に開発されました。[7] ECDは大量の近熱電子（<0.2eV）を必要とするため、当初は最も高価なMS機器であるフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析（FTICR）でのみ使用されていました。 [8]四重極飛行時間（Q-TOF）、四重極イオントラップ（QIT）、線形四重極イオントラップ（QLT）機器などのより安価なオプションは、よりエネルギー集約型の衝突誘起解離法（CID）を使用し、ペプチドとタンパク質のランダムな断片化をもたらしました。[9] 2004年にSykaらは、ECDに似た解離法であるが、低コストで広く入手可能な市販の分光計を使用するETDの開発を発表しました。最初のETD実験は、エレクトロスプレーイオン化（ESI）源を備えたQLT質量分析計で実行されました。[10]
動作原理
電子移動解離にはいくつかのステップが関わっています。通常、タンパク質混合物は最初に高速液体クロマトグラフィー(HPLC) を使用して分離されます。次に、多重プロトン化前駆体分子がエレクトロスプレーイオン化によって生成され、質量分析計に注入されます。(ETD では、2+ 以上の電荷を持つ分子のみを使用できます。) 電子が正の前駆体分子に移動されるように、ラジカルアニオンが生成され、それらとともにイオントラップに入れられます。イオン/イオン反応中に、電子が正に帯電したタンパク質またはペプチドに移動し、ペプチド骨格に沿って断片化が起こります。最後に、結果として生じた断片が質量分析されます。[11]
ラジカルアニオン調製
オリジナルのETD実験では、アントラセン（C 14 H 10）が負の化学イオン化によって反応性ラジカルアニオンを生成するために使用されました。[10]その後の実験ではいくつかの多環芳香族炭化水素分子が使用されましたが、現在はフルオランテンが好ましい試薬です。[12]ただし、フルオランテンは電子移動の効率が約40％しかないため、電子親和力の低い他の分子が求められています。[11]
注入と断片化
前駆体カチオン（タンパク質またはペプチド）とラジカルアニオンがイオントラップ内で結合すると、電子が多価カチオンに移動する。これにより、正電荷が1つ少なく、電子が1つ奇数である不安定な正ラジカルカチオンが形成される。[13]ペプチド骨格に沿ってN−Cα結合でフラグメンテーションが起こり、c型およびz型のフラグメントイオンが生じる。[14]
質量分析
ETD による断片化により、ETD スペクトルからは CID タンデム質量分析よりも完全なタンパク質配列情報が得られます。多くのペプチド バックボーンの c 型および z 型イオンが検出されるため、ETD 断片化スペクトルからは多くのペプチドのほぼ完全な配列範囲を識別できます。[15] タンパク質の N 末端と C 末端の両方にある 15～40 個のアミノ酸の配列は、一価および二価イオンの質量電荷比を使用して読み取ることができます。これらの配列は、測定された完全なタンパク質の質量とともに、既知のタンパク質のデータベース エントリと比較され、翻訳後修飾を明らかにすることができます。[16]
計装
電子移動解離は、エレクトロスプレーイオン化源を備えたイオントラップ質量分析計で行われます。バージニア大学での最初のETD実験では、機器の背面に化学イオン化（CI）源を備えた無線周波数四重極線形イオントラップ（LQT）が使用されました（右の図を参照）。 [10]スペクトルは約300ミリ秒で取得できるため、液体クロマトグラフィーはETD MS/MSと組み合わせられることがよくあります。[11] LQTを使用する欠点は、質量分解能が他の質量分析計よりも低いことです。[14]
その後の研究では、質量分解能を向上させるために他の機器の使用が試みられました。機器の背面に負のCI源があると、LQT-Orbitrapおよび四重極飛行時間型（QTOF）の高解像度分析装置に干渉するため、ラジカルアニオンの代替イオン化方法が導入されました。[11]
2006年、スコット・マクラッキー率いるパデュー大学のグループは、電子ドナーとして1,3-ジニトロベンゼンのラジカルアニオンを使用し、パルスナノESI/大気圧化学イオン化（APCI）デュアルイオン化源を備えた四重極/飛行時間型（QqTOF）タンデム質量分析計を使用しました。[17]その後、ウィスコンシン大学の研究室は、ETDを使用するためにハイブリッド四重極線形イオントラップ-オービトラップ質量分析計を改造しました。この方法では、パルスデュアルESIソースを介して9-アントラセンカルボン酸のラジカルアニオンのフロントエンドイオン化法も使用されました。[18]
ETDはタンパク質やペプチドの構造解析にますます普及しており、入手しやすいイオントラップ質量分析計と高解像度質量分析計を組み合わせた実装が進化し続けています。[19]
アプリケーション
プロテオミクス
ETDはタンパク質や巨大ペプチドの分析に広く利用されている。リン酸化、糖化、ジスルフィド結合などの重要な翻訳後修飾はすべてETDを用いて分析される。[20]
高分子化学
ポリマーのMSベースの分析は主にシングルステージMSを使用して行われてきましたが、タンデムMSもポリマー成分の特性評価に使用されてきました。CIDは最も一般的な解離方法ですが、ETDは補完的な方法として使用されてきました。ETDから生じる独特の結合切断は貴重な診断情報を提供します。[2]
参照
参考文献
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