Door de versuikering van epo zeer gedetailleerd te analyseren met twee complementaire massaspectrometrietechnieken kun je bepalen of dit eiwit natuurlijk of recombinant is, en zelfs uit welk lab het komt. De kwaliteit van bona fide recombinante biofarmaceutische eiwitten, zoals klinische antilichamen, kun je zo ook testen, schrijven Albert Heck en collega’s van de Universiteit Utrecht in Nature Communications.

Als je zulke eiwitten synthetiseert is de aminozuurvolgorde vrij gemakkelijk correct te krijgen. Het venijn zit hem in de zogeheten posttranslationele modificaties (PTM’s), extra zijtakken die er in de cel van nature pas achteraf aan worden gezet. Vaak zijn dat ketens van suikermoleculen; de modificatie heet dan glycosylering. Die ketens (glycanen) zijn bepalend voor het uiteindelijke functioneren van het eiwit, en omdat er heel veel verschillende samenstellingen en hechtingslocaties mogelijk zijn is het uiterst lastig om een geglycosyleerd eiwit precies identiek na te maken.

Om het plaatje nog ingewikkelder te maken, worden natuurlijke eiwitten ook niet altijd op precies dezelfde manier geglycosyleerd. Dat kan dan weer verschillende functies, stabiliteit en klaring opleveren voor een en hetzelfde eiwit.

Er waren al enkele manieren om met massaspectrometrie die glycosylering in kaart te brengen, door eerst met enzymen de glycanen van de eiwitten af te knippen . Heck en zijn groep gebruiken echter ‘native MS’, waarbij je het gehele intact eiwit de massaspectrometer in schiet. Tegenwoordig lukt het prima om de complete chemische samenstelling van zo’n groot molecuul in beeld te krijgen, inclusief de suikerketens die in de praktijk de massa zo’n beetje verdubbelen. Zo is bijvoorbeeld ontdekt dat natuurlijk epo meer dan 250 varianten bevat die elk hun eigen massa hebben - de afbeelding laat er eentje zien, waarbij de suikers paars zijn ingekleurd.

Om details van de individuele suikerketens nader te karakteriseren is deze methode nog net iets te grof. Vandaar mogelijkheid twee: de ‘middle-down’ benadering, waarbij je vóór de analyse het eiwit in dusdanig kleine stukjes (‘glycopeptiden’) knipt dat er zelden meer dan één PTM op zo’n stukje zit. Dan zie je wel de kleinste details van die PTM’s op toch nog relatief grote glycopeptiden. Alleen kun je niet meer zien of er PTM’s bij zijn die consequent tegelijk optreden op hetzelfde eiwitmolecuul.

In Hecks lab is nu een methode ontwikkeld die het beste van beide methodes combineert. Je breit de ‘middle-down’ spectra aan elkaar tot een theoretisch ‘native’ spectrum, dat je vervolgens vergelijkt met het échte native spectrum. De mate waarin die twee overeenstemmen, is een indicatie voor de mate waarin de glycosylering verschilt van eiwitmolecuul tot eiwitmolecuul. De auteurs stellen voor om bij biofarmaceutische producten dit percentage te gebruiken als kwaliteitscriterium: zit er te veel spreiding in, dan kun je de productiebatch beter afkeuren.

Om te beoordelen of zo’n product voldoende overeenkomt met het natuurlijke geglycosyleerde eiwit, heb je de middle-downspectra niet nodig. De native spectra gebruiken als ‘vingerafdruk’ en ze onderling vergelijken is voldoende.

Het is uitgeprobeerd met epo (voluit erytropoëtine) en het bloedeiwit properdin, twee eiwitten met opvallend veel spreiding in de glycosylering. Het leverde veel nieuwe informatie op over details van de glycosylering, en bij epo bleek het mogelijk om aan de hand van de vingerafdrukken preparaten uit verschillende laboratoria uit elkaar te houden.