Affinitäts-Kapillarelektrophorese-Massenspektrometrie von Proteoformen unter Verwendung adaptiver Beschichtungen und EOF-getriebenem Ausschluss der Bindungspartner mit optionaler Ladungsmarkierung

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Neusüß; Professor Dr. Norbert Schaschke
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 576006277

Kapillarelektrophorese-Massenspektrometrie (CE-MS) ist eine besonders geeignete Technik für die Analyse intakter Proteine und Proteoformen, vor allem aufgrund ihrer hohen Effizienz und Selektivität, die die Trennung von Proteinen mit geringen Unterschieden in Ladung und/oder Größe ermöglicht. Eine geeignete Beschichtung der Kapillarwand ist erforderlich, um die Proteinadsorption zu reduzieren. Darüber hinaus führt ein der Proteinmobilität angepasster elektroosmotischer Fluss (EOF) zu einer optimalen Auflösung. Basierend auf zwitterionisch funktionalisiertem Poly(α-L-lysin), das als äußerste kationische Schicht in mehrfach-ionischen Beschichtungen (SMIL) verwendet wird, kann eine zielgerichtete Einstellung des EOF erreicht werden. Dies führt zur Auflösung eng verwandter Proteine und Proteoformen, wie z. B. Varianten von monoklonalen Antikörpern oder anderen Proteinen, die sich nur in einer Ladung unterscheiden. Das übergeordnete wissenschaftliche Ziel des Affinity SMILE-Projekts ist die Entwicklung neuartiger Werkzeuge für die Analyse von Proteinen, Proteoformen und Protein-Ligand-Wechselwirkungen unter nativen/physiologischen Bedingungen. Insbesondere werden wir durch einen einstellbaren EOF und die Kontrolle der Ladung durch Ladungsmarkierung und pH-Anpassung eine Selektivität zur Unterscheidung von Peptiden/Proteinen erreichen. Ein entscheidender Schritt ist die Entwicklung von Beschichtungen, die unter physiologischen Bedingungen stabil und effizient sind, sowie die Möglichkeit bieten, den EOF anzupassen, um eine optimale Trennung zu erhalten. Außerdem können dadurch Bindungspartner gezielt vom ESI-MS ferngehalten werden, um unspezifische Wechselwirkungen zu vermeiden. Dies ermöglicht eine neue Form von proteoformaufgelösten Affinitätsstudien. Darüber hinaus werden die hier vorgesehenen Methoden weitere Anwendungen in den proteinbezogenen Lebenswissenschaften eröffnen, zum Beispiel im immunologischen Kontext oder im Bereich der Zellkommunikation. Um dieses Gesamtziel zu erreichen, werden die folgenden Aspekte adressiert: (i) Synthese neuer Polymere, die mit gemischten permanenten kationischen/ zwitterionischen Motiven funktionalisiert sind, sowie von Silica-bindenden Peptiden für die Beschichtung der CE-Kapillaren mit dem Ziel, stabile und hocheffiziente Beschichtungen für die Trennung unter nativen Trennungsbedingungen zu erreichen, die eine pH-unabhängige Einstellung des EOF ermöglichen. (ii) Entwicklung einer CZE-MS-Methode auf Basis der oben genannten Beschichtungen zur Trennung von Proteinen und Proteoformen unter physiologischen (nativen) Bedingungen. (iii) Affinitäts-CZE-MS mit EOF-gesteuertem Ausschluss von Bindungspartnern mit optionaler Ladungsmarkierung der Bindungspartner. Hierdurch wird ein universeller Ansatz zur Untersuchung der affinitätsbasierten Wechselwirkung von Proteoformen mit beliebigen Bindungspartnern (Proteine, Peptide, kleine Moleküle) etabliert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen