Proteomics MS/MS 스펙트럼 해석의 중요한 단서

LC-MS/MS 기반 proteomics 분석에서 MS/MS 스펙트럼을 해석할 때 자주 관찰되는 특징 중 하나는 Neutral Loss fragment입니다.

Neutral loss는 fragmentation 과정에서 특정 작은 분자가 떨어져 나가면서 발생하는 질량 감소 현상을 의미합니다.

대표적인 neutral loss는 다음과 같습니다.

이러한 neutral loss는 특정 아미노산 residue 또는 PTM이 존재할 때 자주 발생하며, MS/MS 스펙트럼 해석에서 중요한 힌트를 제공합니다.

Neutral Loss가 발생하는 이유

MS/MS fragmentation은 일반적으로 충돌 유도 분해 (CID / HCD) 과정에서 발생합니다.

이 과정에서 peptide backbone이 끊어지면서 b-ion과 y-ion이 생성되지만, 동시에 일부 fragment는 불안정한 작용기(functional group) 를 잃게 됩니다.

이때 작은 중성 분자가 떨어져 나가면서 neutral loss fragment가 생성됩니다.

즉

fragment ion
→ neutral molecule loss
→ new fragment ion

과 같은 과정이 발생합니다.

H₂O Loss (Water Loss)

가장 흔한 neutral loss 중 하나는 물 분자 손실(H₂O loss) 입니다.

mass shift = −18.0106 Da

H₂O loss는 다음 아미노산에서 특히 자주 발생합니다.

이러한 residue는 fragmentation 과정에서 dehydration 반응을 일으키기 쉽습니다.

예를 들어

b5 → b5 − H2O

와 같은 fragment가 스펙트럼에 나타날 수 있습니다.

NH₃ Loss (Ammonia Loss)

또 다른 흔한 neutral loss는 암모니아 손실(NH₃ loss) 입니다.

mass shift = −17.0265 Da

이 현상은 다음 아미노산에서 자주 발생합니다.

NH₃ loss는 amine 또는 amide functional group이 fragmentation 과정에서 떨어져 나가면서 발생합니다.

예를 들어

y6 → y6 − NH3

와 같은 fragment ion이 나타날 수 있습니다.

Phosphorylation Neutral Loss

Phosphorylated peptide에서는 매우 특징적인 neutral loss가 관찰됩니다.

H3PO4 loss
−97.9769 Da

이 현상은 특히 다음 residue에서 발생합니다.

CID fragmentation에서는 phosphorylation이 쉽게 떨어져 나가기 때문에 다음과 같은 패턴이 자주 나타납니다.

precursor
→ precursor − 98 Da

또는

fragment ion
→ fragment − 98 Da

이러한 패턴은 phosphorylated peptide를 식별하는 중요한 신호가 됩니다.

MS/MS 스펙트럼에서의 Neutral Loss 패턴

MS/MS 스펙트럼에서는 다음과 같은 형태로 neutral loss가 나타납니다.

b5
b5 − H2O
b5 − NH3

또는

y6
y6 − NH3

이러한 fragment는 스펙트럼을 복잡하게 만들 수 있지만 동시에 특정 residue 존재를 암시하는 중요한 힌트가 됩니다.

Neutral Loss와 Peptide Identification

Database search 엔진(Mascot, Sequest, MS-GF+)은 일반적으로 다음 fragment ion을 고려합니다.

• b ions

• y ions

• neutral loss fragments

neutral loss fragment는 특히 다음 상황에서 유용합니다.

• low fragmentation spectrum

• PTM peptide

• phosphoproteomics

이러한 fragment를 함께 고려하면 peptide identification 신뢰도가 향상될 수 있습니다.

Neutral Loss 해석 시 주의점

Neutral loss fragment는 항상 특정 residue 존재를 의미하는 것은 아닙니다.

다음과 같은 상황도 발생할 수 있습니다.

• random fragmentation

• noise peak

• co-fragmentation

따라서 neutral loss는 단독 증거가 아니라 보조적인 해석 단서로 사용해야 합니다.

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대표적인 neutral loss는 다음과 같습니다.

이러한 neutral loss 패턴은

• 특정 아미노산 residue 존재

• PTM peptide

• phosphorylation

을 암시하는 중요한 힌트가 될 수 있습니다.

따라서 neutral loss를 이해하는 것은 MS/MS 스펙트럼 해석 능력을 향상시키는 중요한 기초 지식입니다.