Protein Chemical Topologies Using Supercharging Ion Mobility Spectrometry-Mass Spectrometry

서종철 교수 연구실에서는 전하 과급 전자 분무 이온화와 이온이동도-질량분석법을 결합하여 고리, 매듭과 같은 단백질 위상구조를 실험적으로 빠르게 분류하는 새로운 분석기법을 발표하였다. 일반적으로 단백질의 위상구조는 3차, 4차 등의 고차 단백질 접힘구조에 의해 가려지기 때문에 실험적으로 관측하기 어렵다. 하지만 질량분석 과정에서 전하를 과급함으로써 전하 간 반발력으로 최대한 펼쳐진 형태의 단백질 이온은 기존의 고차 구조가 해체되어, 위상구조다 도드라질 수 있다. 본 연구에서는, 이온이동도-질량분석법을 이용하여 과급된 단백질 이온에 대해 단백질의 크기 및 형태와 연관되는 기체상 충돌 단면적을 측정하였다. 그 결과, 단백질의 위상구조에 따라 기체상 충돌 단면적이 성공적으로 분류됨을 확인하였다. 이를 통해 단백질의 위상구조를 빠르게 구분할 수 있는 시각적 지표를 제안하였다. 본 연구는 단백질의 생체 내 기작과 밀접한 관련이 있는 위상구조 및 위상구조의 변화를 실험적으로 관측하는 방법을 제시하였다는 근본적인 의의 뿐 아니라, 빠르고 간단하게 인공 합성 단백질의 위상구조 부생성물을 확인할 수 있도록 해 주었다는 실용적인 의의가 있다. 본 논문은 화학 저명 학술지인 Angewandte Chemie International Edition 에 게재되었다.

A technique that combines ion mobility spectrometry-mass spectrometry (IMS-MS) and supercharging electrospray ionization (ESI) has been demonstrated to differentiate protein chemical topology. Protein topology, often concealed by higher-order structures, poses challenges for experimental observation within the academic realm. In this study, the revelation of protein topology through supercharging led to the disassembly of original structures. The investigation utilized collision cross-section (CCS) to observe supercharged protein ions in the gas phase and presented a visual standard for topology complexity based on 22 different proteins. This research has the potential to contribute to understanding the relevance of protein topology to biological mechanisms and has immediately useful practical applications in revealing the topological side products of protein synthesis.

https://doi.org/10.1002/anie.202314980