Struktureinflüsse auf das Fragmentierungs-Verhalten von Peptiden bei PSD-MALDI Massenspektrometriel

Zusammenfassung

Durch das zunehmende Interesse an der Strukturaufklärung von Biopolymeren in der biologischen und biomedizinischen Forschung haben massenspektrometrische Verfahren, wie Matrix-Assisted-Laser Desorption/Ionization (MALDI) und Elektrospray-Ionisations (ESI) Massenspektrometrie, in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen. Die Masse eines Biomoleküls, wie zum Beispiel von Proteinen, Peptiden, Oligosacchariden oder Oligonucleotiden, ist ein aus der Struktur leicht zu ermittelnder, charakteristischer Parameter, der sich mit einem Massenspektrometer auch bei geringsten Probenmengen (fmol) noch äußerst präzise (Fehler < 10 ppm) bestimmen läßt.

In komplexen Gemischen, wie dem Verdau eines Proteins, liegen zahlreiche Komponenten vor, die sich bei der massenspektrometrischen Analyse teilweise gegenseitig unterdrücken, so daß nur ein Teil der tatsächlichen Bestandteile nachgewiesen werden kann. Darüber hinaus gibt es häufig Interferenzen von Molekülen gleicher Masse oder den Isotopenmustern der Moleküle ähnlicher Masse, wodurch die Spektren weiter verkompliziert werden und die Interpretation Fehler aufweisen kann.

Daher wurde in dieser Arbeit den Isotopenmustern von Peptiden große Aufmerksamkeit geschenkt. Es wurde ein analytisches Verfahren entwickelt, mit dessen Hilfe die Isotopenmuster, trotz Masseninterferenzen, aus einem MALDI-Massenspektrum heraus gefiltert werden, so daß bei einer anschließenden Peak-Identifikation die Fehlinterpretationen deutlich reduziert werden. Darüber hinaus stellte sich heraus, daß eine Erweiterung der Methode auf ESI-Massenspektren, bei denen mehrfache Ladungen pro Peptid berücksichtigt werden müssen, wertvolle zusätzliche Informationen liefert.

Die Unterdrückung von Signalen kann allerdings nicht durch eine nachgeschaltete Datenverarbeitung, wie es die Filterung darstellt, vermieden werden, sondern es muss eine Verbesserung der experimentellen "Rohdaten" erfolgen. Ein Ansatz ist eine Optimierung der Präparation durch Fraktionierung der Bestandteile der Ausgangsprobe und getrennte massenspektrometrische Analyse. Läßt sich die Probe nicht fraktionieren, kann die Empfindlichkeit gesteigert werden, indem die stabilen Peptid-Ionen gezielt selektiert werden. Hierfür wird eine experimentelle Methode beschrieben.

Der Hauptteil der Arbeit gliedert sich in vier Teile. Im ersten Abschnitt werden die Einflüsse der experimentellen Bedingungen auf die quantitativen Ergebnisse (Signalintensitäten) untersucht. Der folgende Teil behandelt die Grundlagen zur Beschreibung der Isotopenmuster von Peptiden. Unter anderem wird hier eine Methode zur Abschätzung des Schwefelgehaltes vorgestellt. Aus diesen Erkenntnissen wird im nächsten Abschnitt ein Filteralgorithmus entwickelt und auf MALDI- und ESI-Massenspektren angewendet. Die experimentelle Verbesserung der "Rohdaten" der Massenspektren durch einen Vorläufer-Ionen-Scan wird im letzten Abschnitt beschrieben. Hierbei handelt es sich gleichzeitig um ein weiteres Anwendungsbeispiel für den Filteralgorithmus, da die Peptide mit Hilfe der fortgeschrittenen Peak-Identifikation aufgelistet werden.