应用笔记 - 磁共振

布鲁克用户库的新进展:一系列快速、 灵敏度增强型TOCSY和NOESY生物分子NMR实验

多维TOCSY和NOESY是同核NMR相关实验的基础。低灵敏度是这些极化转移方法固有的缺点,特别是对于涉及快速弛豫或快速交换、不稳定质子的系统。

多维TOCSY和NOESY是同核NMR相关实验的基础。低灵敏度是这些极化转移方法固有的缺点,特别是对于涉及快速弛豫或快速交换、不稳定质子的系统。我们最近引入了环投影波谱法(L-PROSY),1这是一种利用弛豫和交换来增强酰胺、羟基和胺基的NOESY和TOCSY交叉峰的方法。

本文将介绍一系列实验,基于频率选择性饱和(或)循环反演程序,单位时间可获得更大的灵敏度增益。2然后,假设频谱稀疏,且可对不同的频率特定的“通道”(峰值)进行单独处理,则与传统或L-PROSY相比,扫描速度要快得多(扫描次数少),且灵敏度更高(单次扫描)。

实验以磁化转移(MT)现象为基础,图1A和1B给出了其序列。在这些实验中,可交换(或快速弛豫)质子通过长单色饱和脉冲(同一自旋池内关联的选择性MT–SMT)或按哈达玛编码法(哈达玛MT–HMT用于波谱上不同的自旋池之间的相关性)依据一系列反转脉冲顺序寻址。3 MT过程使人想起在CEST中发生的过程,其中不稳定质子的饱和度因溶剂补充而放大,4然后在产生的同核交叉峰中提供显著增强;而选择性辐照策略只需正常2D实验获取时间的一小部分。

我们在此提供用户友好的脉冲程序,支持使用WaveMaker建立这些特形脉冲实验,包括在SMT中选择性激发和重新聚焦的可能性,以及在HMT中水倒转的可能性,二者都能在水溶液中实现短循环时间。

这些方法具有通用性,可用于指向小分子、多糖、RNA和蛋白质系统中的快速交换(弛豫)质子。图1C和1D说明了它们在5_SL5B+C、SARS-CoV-2 RNA片段的亚氨基质子上的使用:SMT版用于增强亚氨基-亚氨基NOESY相关谱,而HMT版在亚氨基质子和RNA中的其它质子之间提供了NOESY的连接性,并增加了多路复用的优势(注意:不要尝试用HMT在相同的质子池中建立相关性,因为自旋动力学根本不起作用;用SMT代替)。请注意,这些实验可以在常规场中实现,但是可以从超高场操作中受益,其中波峰被更好地分离(对于哈达玛编码很重要),且T1较长(对于增强相关性的MT方面很重要)。

图1。A) 选择性 MT 实验 (SMT) 的脉冲序列,旨在通过使用长顺序饱和脉冲进行编码和选择性自旋回波进行检测,从而提供快速的 imino-imino NOESY 相关性,从而允许非常短的扫描间延迟(0.3 = 0.5 s)。B) 哈达玛德MT实验(HMT)的脉冲序列,旨在提供与RNA中其他质子的快速伊莫诺相关性,利用循环反转脉冲和水门3919水抑制方案。C) SARS-CoV-2的5_SL5B+C RNA片段的SMT imino相关性,提供在+80分钟内获得的伊米诺顺序行走。D) HMT 频谱在水门 3919 水抑制块中应用 15N MQ 滤波器后显示(黑色)和(红色)。每个 HMT 相关性在 40 分钟内获得;为了进行比较, 单个传统的 Jr Noesy 需要 > 24 hs 才能提供具有类似灵敏度的这些相关性。作为COVID-NMR工作的一部分,使用配备TCI低温的AvanceNEO以1GHz的速度采集数据。

参考文献

Mihajlo Novakovic1, Ēriks Kupče2, Harald Schwalbe3 and Lucio Frydman1

1Department of Chemical and Biological Physics, Weizmann Institute of Science, 7610001 Rehovot, Israel

2Bruker UK Ltd., Banner Lane, Coventry, UK

3Institute for Organic Chemistry and Chemical Biology, Center for Biomolecular Magnetic Resonance, Johann Wolfgang Goethe-University, D-60438 Frankfurt/Main, Germany

(1)         Novakovic, M.; Cousin, S. F.; Jaroszewicz, M. J.; Rosenzweig, R.; Frydman, L. Journal of Magnetic Resonance 2018294, 169.

(2)         Novakovic, M.; Kupče, Ē.; Oxenfarth, A.; Battistel, M. D.; Darón, I.; Schwalbe, H.; Frydman, L. arXiv: 2004.13063

(3)         Kupče, E.; Nishida, T.; Freeman, R. Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy 200342 (3–4), 95.

(4)         Van Zijl, P. C. M., & Yadav, N. N. Magnetic Resonance in Medicine2011, 65(4), 927.

(5)         Kupče, E.; Freeman, R. Magnetic Resonance in Chemistry 200745 (1), 2.