Native mass spectrometry - a versatile tool for the study of challenging targets in structural biology

Datum: 27 april 2016

Locatie: Campus Groenenborger, V0.09 - Groenenborgerlaan 171 - 2020 Antwerpen

Tijdstip: 16 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Chemie

Promovendus: Albert Konijnenberg

Promotor: Frank Sobott & Anne-Marie Lambeir

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Albert Konijnenberg - Departement Chemie



Abstract

Massaspectrometrie is de meest toegepaste techniek in het proteoomonderzoek, dat gericht is op de karakterisatie van eiwitten in biologische processen. De ontwikkeling van niet-denaturerende ionisatietechnieken stelt ons in staat om eiwitten en eiwitcomplexen intact en gevouwen naar de gasfase over te brengen. Hierdoor is het mogelijk om de 3D-structuur van een eiwit in de gasfase te bestuderen. In de laatste jaren heeft dit type onderzoek, genaamd “natieve massaspectrometrie”, een plek gevonden naast traditionele struturele technieken die als doel hebben de driedimensionale structuur van een eiwit op te lossen. Door middel van  kennis van de structuur van een eiwit kunnen specifieke medicijnen rationeel worden ontworpen. Tot nu toe is de toepassing van natieve massaspectrometrie grotendeels beperkt gebleven tot compacte, globulaire eiwitten en grote niet-covalent gebonden eiwitcomplexen. Hoewel natieve massaspectrometrie zeer geschikt is om dergelijke systemen te bestuderen, worden deze systemen ook vaak succcesvol met traditionele biofysische methoden onderzocht. In deze thesis beschrijven we hoe natieve massaspectrometrie ook gebruikt kan worden om membraaneiwitten en intrinsiek ongestructureerde eiwitten te bestuderen. Deze beide typen eiwitten bieden een uitdaging voor de traditionele biofysische technieken: membraameiwitten zijn namelijk alleen stabiel in een lipide dubbellaag en moeten daarbuiten door detergenten gestabiliseerd worden. Intrinsiek flexibele eiwitten beschikken daarentegen over weinig tot geen structurele elementen en komen voor in een grote verscheidenheid aan conformaties, terwijl een homogeen staal juist een vereiste is voor de meeste biofysische technieken. Wij laten zien dat dergelijke uitdagingen overwonnen kunnen worden met behulp van een door ons ontwikkelde combinatie van state-of-the-art massaspectrometrische methoden. We tonen de toepasbaarheid van deze methoden aan door het bestuderen van het openen van een ionkanaal in de gasfase, de zich in de lipide dubbellaag bevindende regio’s van membraaneiwitten te identificeren, de oppervlakte van grote niet-covalente eiwitcomplexen in kaart te brengen en zelfs de gasfasestructuur van een intrinsiek ongestructureerd eiwit op te lossen. Al deze resultaten worden vervolgens gevalideerd met behulp van anderen biofysische technieken of computationele modellen. Deze resultaten geven zicht op een toekomst waarin de structurele biologie zich niet langer alleen in oplossing zal afspelen, maar ook gasfasetechnieken een cruciale rol zullen vervullen bij het oplossen van 3D-eiwitstructuren.