An approach for quality control and characterization of protein conformers by using cross-linking mass spectrometry and pattern recognition

Abstract

O estudo de estruturas de proteínas e suas mudanças conformacionais, de acordo com o estado fisiológico da célula, é fundamental para avanços biotecnológicos como o desenvolvimento de novos fármacos. As metodologias de difração em raio-X e a de ressonância magnética nuclear (RMN), os padrões ouro para análises estruturais, apresentam várias limitações como: na técnica de raio-X, a necessidade de formação de um cristal que difrate com eficiência, o que nem sempre é possível; RMN sendo limitada a \201Cpequenos\201D complexos proteicos; e os dois métodos requerendo miligramas de proteína purificada, sendo as técnicas geralmente limitadas ao confôrmero mais abundante na solução. Para contornar esses problemas, a técnica de crosslinking químico associado a espectrometria de massas (XL-MS) emergiu como uma metodologia de alto potencial, utilizando a estabilização de sistemas proteicos usando agentes de cross-linking (chamados de cross-linkers) na geração de dados estruturais. Brevemente, o sistema proteico é digerido, um cross-linker é introduzido na mistura e os peptídeos ligados covalentemente podem ser identificados usando dados de espectrometria de massas no software SIM-XL, uma ferramenta de busca desenvolvida pelo nosso grupo. Recentemente, nós observamos a existência de muitos cross-links identificados com confiança que não satisfazem restrições espaciais de acordo com estruturas cristalográficas homólogas presentes na literatura. Nós levantamos a hipótese de que tais cross-links originam de outros confôrmeros presentes na mesma amostra. Neste trabalho desenvolvemos um método para ajudar na elucidação de diferentes estruturas de confôrmeros ao expor sistemas proteicos à diferentes condições biológicas, analisá-los por XL-MS, e fornecer um software capaz de fazer avalições de controle de qualidade do experimento e interpretar quantitativamente os dados gerados. Para alcançar esses objetivos, usamos a proteína HSP90 como um modelo de estudo sob quatro condições biológicas, e aplicamos um algoritmo de agrupamento não-supervisionado em resultados de cromatogramas de íon extraído (XIC) dos cross-links identificados para possibilitar a caracterização de diferentes confôrmeros.