A fast atom bombardment mass spectrometry study of tris (3, 6-dioxaheptyl) amine-alkali metal halide complexes and hydrogen bonded complexes

The objective of this thesis was to demonstrate the potential of fast atom bombardment mass spectrometry (FABMS) as a probe of condensed phase systems and its possible uses for the study of hydrogen bonding. FABMS was used to study three different systems. The first study was aimed at investigating the selectivity of the ligand tris(3,6-dioxaheptyl) amine (tdoha) for the alkali metal cations. FABMS results correlated well with infrared and nmr data. Systems where a crown ether competed with tdoha for a given alkali metal cation were also investigated by fast atom bombardment. The results were found to correlate with the cation affinity of tdoha and the ability of the crown ether to bind the cation. In the second and third studies, H-bonded systems were investigated. The imidazole-electron donor complexes were investigated and FABMS results showed the expected H-bond strength of the respective complexes. The effects of concentration, liquid matrix, water content, deuterium exchange, and pre-ionization of the complex were also investigated. In the third system investigated, the abundance of the diphenyl sulfone-ammonium salt complexes (presumably H-bonded) in the FABMS spectrum were found to correlate with qualitative considerations such as steric hindrance and strength of ion pairs.

Fast atom bombardment and electron impact mass spectrometry studies of some aryltin compounds and ferrocenes

Both El MS and FAB MS behavior of two groups of compounds, aryltin and ferrocene compounds, have been studied. For the aryltin compounds, the effect of substituent group position, substituent group type and ligand type on the El spectra have been explored in the El MS studies. The fragmentation mechanism has been investigated under El with linked scans, such as fragment ion scans(BJE), parent ion scans(B2JE) and constant neutral radical loss scans(B2(1-E)JE2). In the FAB MS studies, matrix optimization experiments have been carried out. The positive ion FAB MS studies focused on the effect of substituent group position, substituent group type and ligand type on the spectra. The fragmentation mechanisms of all the samples under positive ion FAB have been studied by means of the linked scans. The CA positive ion FAB fragmentation studies were also carried out for a typical sample. Negative ion FAB experiments of all the compounds have been done. And finally, the comparison of the El MS and FAB MS has been made. For ferrocenes, the studies concentrated on the fragmentation mechanism of each compound under El with linked scan techniques in the first field-free region and the applicability of positive/negative ion FAB MS to this group of compounds. The fragmentation mechanisms under positive ion FAB of those ferrocenes which can give positive ion FAB MS spectra were studied with the linked scan techniques. The CA +ve F AB fragmentation studies were carried out for a typical sample. Comparison of the E1 MS and FAB MS has been made.

Fast atom bombardment mass spectrometry of the coordination complexes of the ligand 5, 5, 7, 12, 12, 14- hexamenthyl-1, 4, 8, 11-tetraazacycloteradecane

A number of metal complexes containing the ligand 5,5,7,12,12,14-hexamethyl-l,4,8,11-tetra-azatetradecane were synthesized and analyzed using electron impact (EI) and fast atom bombardment (FAB). The FAB mass spectra were obtained in positive and negative ion mode. FAB in the positive ion mode proved to be the most successful technique for the identification of these compounds. In the majority of cases the spectra obtained using positive ion FAB were structurally informative, although not all showed molecular (M+) or quasimolecular ([M+H]+) ions. The fragmentations observed were characteristic of the ligands, and were interpreted based on the chemistry of these compounds.

Fast atom bombardment mass spectrometry studies of ruthenium (II) polypyridy coordination complexes and of group V Triptycenes and related complexes

In order to investigate the use of Fast Atom Bombardment Mass Spectrometry (FAB-MS) as a tool for structural characterization, two groups of complexes are analyzed. The first group is a set of ruthenium(II) coordination complexes containing bidentate polypyridyl ligands. The positive and negative ion FAB-MS spectra are found to be sufficient to allow for an almost complete characterization of the central metal atom, the ligands and the counter anions contained in the intact complex. An unusual observation of mUltiply charged ions in the positive ion FAB-MS spectra (i.e. [RUL 3 ]2+) is explained to be as a result of the oxidative quenching of the excited state of the doubly charged ion by the matrix, 3-nitrobenzyl alcohol. An analysis of a mixture shows that the technique is a good one for identifying components therein. A group of triptycene and related complexes containing Group V elements is also analyzed by FAB-MS and the results. in terms of relative abundances of fragment ions, are found to be consistent with known metal-carbon bond strengths.

Selected topics in fast atom bombardment (FAB) mass spectrometry a)specially designed probe tips and ion generation, b)structures of vitamin B6 schiff base complexes

This thesis can be broken down into two sections. Section one is a study . of the ionization mechanisms and the ion source optimization for Fast Atom Bombardment (FAB) ionization. For this study, several specially designed probe tips were created and tested under various experimental conditions. The aIm of this section is to understand the operating characteristics of a FAB IOn source better. The second section involves the study of several Vitamin B6 Schiff Base complexes using both positive and negative ion FAB MS. This section is an exploration of the usefulness of FAB MS as a structure probe for the metalcoordination complexes of Vitamin B6.

Application of thermal ion-molecule reactions in tackling spectroscopic inferences in inductively coupled plasma mass spectrometry

Part I: Ultra-trace determination of vanadium in lake sediments: a performance comparison using O2, N20, and NH3 as reaction gases in ICP-DRC-MS Thermal ion-molecule reactions, targeting removal of specific spectroscopic interference problems, have become a powerful tool for method development in quadrupole based inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) applications. A study was conducted to develop an accurate method for the determination of vanadium in lake sediment samples by ICP-MS, coupled with a dynamic reaction cell (DRC), using two differenvchemical resolution strategies: a) direct removal of interfering C10+ and b) vanadium oxidation to VO+. The performance of three reaction gases that are suitable for handling vanadium interference in the dynamic reaction cell was systematically studied and evaluated: ammonia for C10+ removal and oxygen and nitrous oxide for oxidation. Although it was able to produce comparable results for vanadium to those using oxygen and nitrous oxide, NH3 did not completely eliminate a matrix effect, caused by the presence of chloride, and required large scale dilutions (and a concomitant increase in variance) when the sample and/or the digestion medium contained large amounts of chloride. Among the three candidate reaction gases at their optimized Eonditions, creation of VO+ with oxygen gas delivered the best analyte sensitivity and the lowest detection limit (2.7 ng L-1). Vanadium results obtained from fourteen lake sediment samples and a certified reference material (CRM031-040-1), using two different analytelinterference separation strategies, suggested that the vanadium mono-oxidation offers advantageous performance over the conventional method using NH3 for ultra-trace vanadium determination by ICP-DRC-MS and can be readily employed in relevant environmental chemistry applications that deal with ultra-trace contaminants.Part II: Validation of a modified oxidation approach for the quantification of total arsenic and selenium in complex environmental matrices Spectroscopic interference problems of arsenic and selenium in ICP-MS practices were investigated in detail. Preliminary literature review suggested that oxygen could serve as an effective candidate reaction gas for analysis of the two elements in dynamic reaction cell coupled ICP-MS. An accurate method was developed for the determination of As and Se in complex environmental samples, based on a series of modifications on an oxidation approach for As and Se previously reported. Rhodium was used as internal standard in this study to help minimize non-spectral interferences such as instrumental drift. Using an oxygen gas flow slightly higher than 0.5 mL min-I, arsenic is converted to 75 AS160+ ion in an efficient manner whereas a potentially interfering ion, 91Zr+, is completely removed. Instead of using the most abundant Se isotope, 80Se, selenium was determined by a second most abundant isotope, 78Se, in the form of 78Se160. Upon careful selection of oxygen gas flow rate and optimization ofRPq value, previous isobaric threats caused by Zr and Mo were reduced to background levels whereas another potential atomic isobar, 96Ru+, became completely harmless to the new selenium analyte. The new method underwent a strict validation procedure where the recovery of a suitable certified reference material was examined and the obtained sample data were compared with those produced by a credible external laboratory who analyzed the same set of samples using a standardized HG-ICP-AES method. The validation results were satisfactory. The resultant limits of detection for arsenic and selenium were 5 ng L-1 and 60 ng L-1, respectively.

Analytical strategies for the comprehensive profiling of histone post translational modifications by mass spectrometry and implications for functional analyses

Le long bio-polymère d'ADN est condensé à l’intérieur du noyau des cellules eukaryotes à l'aide de petites protéines appelées histones. En plus de leurs fonctions condensatrices,ces histones sont également la cible de nombreuses modifications post-traductionnelles(MPT), particulièrement au niveau de leur section N-terminale. Ces modifications réversibles font partie d’un code d’histones épi-génétique transmissible qui orchestre et module dynamiquement certains événements impliquant la chromatine, tels l’activation et la désactivation de gènes ainsi que la duplication et la réparation d’ADN. Ces modifications sont impliquées subséquemment dans la signalisation et la progression de cancers, tels que la leucémie. En conséquence, l'élucidation des modifications d’histones est importante pour comprendre leurs fonctions biologiques. Une méthodologie analytique a été mise au point en laboratoire pour isoler, détecter, et quantifier les MPT d’histones en utilisant une approche rapide à deux volets à l’aide d’outils bioinformatiques spécialisés. La méthodologie développée en laboratoire a été validée en utilisant des histones de souche sauvage ainsi que deux types d’histones mutants déficients en enzymes acétyltransferase. Des trois sources d’histones utilisées, la seule MPT qui a démontré un changement significatif est l’acétylation de l’histone H3 à lysine 56 (H3K56ac). L’expression et la stoechiométrie de cette MPT, issue de cellules de souche sauvage et de cellules mutantes, ont été déterminées avec précision et comparées. Les fonctions de balayage polyvalentes d'un instrument à trappe ionique quadrupôle linéaire hybride ont été utilisées pour améliorer la détection de protéines intactes. Le mode de balayage « enhanced multiply charged » (EMC) a été modifié pour contenir et détecter les ions de protéines intactes situées dans la trappe ionique linéaire. Ce mode de balayage nommé « targeted EMC » (tEMC) a permis de quadrupler le niveau de sensibilité (signal/interférence), et quintupler la résolution du mode de balayage conventionnel. De plus, la capacité de séparation des charges du tEMC a réduit de façon significative les effets de « space charge » dans la trappe ionique linéaire. La résolution supérieure du mode tEMC a permis de différencier plusieurs isoformes modifiées, particulièrement pour l’histone H3. L’analyse des peptides d’histones trypsiques à l’aide du mode de balayage « MRM » a permis le séquençage et la quantification de MPT avec un haut degré de précision. La seule MPT qui était sous-exprimée entre l’histone de souche sauvage et le mutant DOT1L fut la méthylation de l’histone H3 lysine 79(H3K79me1). Les effets de deux inhibiteurs d’enzymes HDAC (HDACi) sur l’expression de MPT d’histone ont été évalués en utilisant la méthodologie analytique mentionnée. Les histones extraites de cellules normales et cancéreuses ont été exposées à du Vorinostat(SAHA) ou du Entinostat (MS-275) pour une période de 24 à 72 heures. Deux histones furent principalement affectées, soit H3 et H4. Étonnamment, les mêmes effets n'ont pas été détectés lorsque les cellules normales ont été traitées avec le HDACi pour une période de 48 à 72 heures. Une méthode absolue de quantification avec une courbe d’étalonnage a été développée pour le peptide H3K56ac. Contrairement à certaines publications, nos résultats démontrent que cette MPT est présente dans les cellules mammifères avec une stoechiométrie très basse (< 0,1%) et n'est pas surexprimée de façon significative après le traitement au HDACi.

Large scale identification of protein SUMOylation by mass spectrometry in HEK293 cells

Les fichiers qui accompagnent mon document sont des tableaux supplémentaires réalisés avec Excel (Microsoft Office), dans la version papier du mémoire ces fichiers sont sur un CD-ROM.

Mass spectrometry as a tool to dissect the role of chromatin assembly factors in regulating nucleosome assembly

L'assemblage des nucléosomes est étroitement couplée à la synthèse des histones ainsi qu’à la réplication et la réparation de l’ADN durant la phase S. Ce processus implique un mécanisme de contrôle qui contribue soigneusement et de manière régulée à l’assemblage de l’ADN en chromatine. L'assemblage des nucléosomes durant la synthèse de l’ADN est crucial et contribue ainsi au maintien de la stabilité génomique. Cette thèse décrit la caractérisation par spectrométrie de masse(SM) des protéines jouant un rôle critique dans l’assemblage et le maintien de la structure chromatinienne. Plus précisément, la phosphorylation de deux facteurs d’assemblage des nucléosome, le facteur CAF-1, une chaperone d’histone qui participe à l'assemblage de la chromatine spécifiquement couplée à la réplication de l'ADN, ainsi que le complexe protéique Hir, jouant de plus un rôle important dans la régulation transcriptionelle des gènes d’histones lors de la progression normale du cycle cellulaire et en réponse aux dommages de l'ADN, a été examiné. La caractérisation des sites de phosphorylation par SM nécéssite la séparation des protéines par éléctrophorèse suivi d’une coloration a l’argent. Dans le chapitre 2, nous demontrons que la coloration à l’argent induit un artéfact de sulfatation. Plus précisément, cet artéfact est causé par un réactif spécifiquement utilisé lors de la coloration. La sulfatation présente de fortes similitudes avec la phosphorylation. Ainsi, l’incrément de masse observé sur les peptides sulfatés et phosphorylés (+80 Da) nécéssite des instruments offrant une haute résolution et haute précision de masse pour différencier ces deux modifications. Dans les chapitres 3 et 4, nous avons d’abord démontré par SM que Cac1, la plus grande sous-unité du facteur CAF-1, est cible de plusieurs sites de phosphorylation. Fait intéréssant, certains de ces sites contiennent des séquences consensus pour les kinases Cdc7-Dbf4 et CDKs. Ainsi, ces résultats fournissent les premières évidences que CAF-1 est potentiellement régulé par ces deux kinases in vivo. La fonction de tous les sites de phosphorylation identifiés a ensuite été évaluée. Nous avons démontré que la phosphorylation de la Ser-503, un site consensus de la DDK, est essentielle à la répréssion transcriptionelle des gènes au niveau des télomères. Cependant, cette phosphorylation ne semble pas être nécéssaire pour d’autres fonctions connues de CAF-1, indiquant que le blocage de la phsophorylation de Cac1 Ser-503 affecte spécifiquement la fonction de CAF-1 aux structures hétérochromatiques des télomères. Ensuite, nous avons identifiés une intéraction physique entre CAF-1 et Cdc7-Dbf4. Des études in vitro ont également demontré que cette kinase phosphoryle spécifiquement Cac1 Ser-503, suggérant un rôle potential pour la kinase Cdc7-Dbf4 dans l’assemblage et la stabilité de la structure hétérochromatique aux télomères. Finalement, les analyses par SM nous ont également permi de montrer que la sous-unité Hpc2 du complexe Hir est phosphorylée sur plusieurs sites consensus des CDKs et de Cdc7-Dbf4. De plus, la quantification par SM d’un site spécifique de phosphorylation de Hpc2, la Ser-330, s’est révélée être fortement induite suite à l’activation du point de contrôle de réplication (le “checkpoint”) suite au dommage a l’ADN. Nous montrons que la Ser-330 de Hpc2 est phopshorylée par les kinases de point de contrôle de manière Mec1/Tel1- et Rad53-dépendante. Nos données préliminaires suggèrent ainsi que la capacité du complex Hir de réguler la répréssion transcriptionelle des gènes d'histones lors de la progression du cycle cellulaire normal et en réponse au dommage de l'ADN est médiée par la phosphorylation de Hpc2 par ces deux kinases. Enfin, ces deux études mettent en évidence l'importance de la spectrométrie de masse dans la caractérisation des sites de phosphorylation des protéines, nous permettant ainsi de comprendre plus précisement les mécanismes de régulation de l'assemblage de la chromatine et de la synthèse des histones.

Detection and quantification of staphylococcus aureus enterotoxin B in food product using isotopic dilution techniques and mass spectrometry

L’entérotoxine B staphylococcique (SEB) est une toxine entérique hautement résistante à la chaleur et est responsable de plus de 50 % des cas d’intoxication d’origine alimentaire par une entérotoxine. L’objectif principal de ce projet de maîtrise est de développer et valider une méthode basée sur des nouvelles stratégies analytiques permettant la détection et la quantification de SEB dans les matrices alimentaires. Une carte de peptides tryptiques a été produite et 3 peptides tryptiques spécifiques ont été sélectionnés pour servir de peptides témoins à partir des 9 fragments protéolytiques identifiés (couverture de 35 % de la séquence). L’anhydride acétique et la forme deutérée furent utilisés afin de synthétiser des peptides standards marqués avec un isotope léger et lourd. La combinaison de mélanges des deux isotopes à des concentrations molaires différentes fut utilisée afin d’établir la linéarité et les résultats ont démontré que les mesures faites par dilution isotopique combinée au CL-SM/SM respectaient les critères généralement reconnus d’épreuves biologiques avec des valeurs de pente près de 1, des valeurs de R2 supérieure à 0,98 et des coefficients de variation (CV%) inférieurs à 8 %. La précision et l’exactitude de la méthode ont été évaluées à l’aide d’échantillons d’homogénat de viande de poulet dans lesquels SEB a été introduite. SEB a été enrichie à 0,2, 1 et 2 pmol/g. Les résultats analytiques révèlent que la méthode procure une plage d’exactitude de 84,9 à 91,1 %. Dans l’ensemble, les résultats présentés dans ce mémoire démontrent que les méthodes protéomiques peuvent être utilisées efficacement pour détecter et quantifier SEB dans les matrices alimentaires. Mots clés : spectrométrie de masse; marquage isotopique; protéomique quantitative; entérotoxines

Liquid matrix deposition on conductive hydrophobic surfaces for tuning and quantitation in UV-MALDI mass spectrometry

With its highly fluctuating ion production matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) poses many practical challenges for its application in mass spectrometry. Instrument tuning and quantitative ion abundance measurements using ion signal alone depend on a stable ion beam. Liquid MALDI matrices have been shown to be a promising alternative to the commonly used solid matrices. Their application in areas where a stable ion current is essential has been discussed but only limited data have been provided to demonstrate their practical use and advantages in the formation of stable MALDI ion beams. In this article we present experimental data showing high MALDI ion beam stability over more than two orders of magnitude at high analytical sensitivity (low femtomole amount prepared) for quantitative peptide abundance measurements and instrument tuning in a MALDI Q-TOF mass spectrometer. Samples were deposited on an inexpensive conductive hydrophobic surface and shrunk to droplets <10 nL in size. By using a sample droplet <10 nL it was possible to acquire data from a single irradiated spot for roughly 10,000 shots with little variation in ion signal intensity at a laser repetition rate of 5-20 Hz.