أنثرالين كما مصفوفة لمصفوفة بمساعدة الليزر الامتزاز / التأين التصوير على تحويل فورييه ايون السيكلوترون الرنين مطياف الكتلة
Summary
أنثرالين (DT؛ 1،8 ثنائي هيدروكسي-9 ،10-dihydroanthracen-9-واحد) قد سبق وذكرت في شكل مصفوفة MALDI للتصوير الأنسجة من الجزيئات الصغيرة؛ البروتوكولات لاستخدام DT للتصوير MALDI من الدهون الذاتية على يتم توفير سطح أقسام الأنسجة التي كتبها إيجابية أيون MALDI-MS على دقة عالية جدا رباعي-FTICR الصك هنا.
Abstract
الطيف الكتلي التصوير (MSI) يحدد توطين وتوزيع الأنماط المكانية من المركبات على سطح قسم الأنسجة، وذلك أساسا باستخدام MALDI (مصفوفة بمساعدة الليزر الامتزاز / التأين) القائم على التقنيات التحليلية. وهناك حاجة إلى مصفوفات جديدة للمشاريع الصغيرة جزيء MSI، والتي يمكن تحسين تحليل منخفضة الوزن الجزيئي (MW) مركبات،. وينبغي توفير هذه المصفوفات زيادة إشارات تحليلها، بينما تتناقص إشارات خلفية MALDI. بالإضافة إلى ذلك، استخدام الأدوات عالية جدا دقة، مثل تحويل فورييه ايون سيكلوترون صدى (FTICR) الطيف الشامل، لديه القدرة على حل الحليلة إشارات من إشارات المصفوفة، وهذا يمكن التغلب على العديد من المشاكل المرتبطة جزئيا مع الخلفية مصدرها MALDI المصفوفة. الانخفاض في شدة مجموعات مصفوفة متبدل الاستقرار من قبل FTICR MS يمكن أيضا أن يساعد على التغلب على بعض التدخلات المرتبطة قمم مصفوفة على غيرها من الصكوك. عالية الدقةصكوك مثل الطيف الشامل FTICR هي مفيدة لأنها يمكن أن تنتج أنماط توزيع العديد من المركبات في وقت واحد في حين لا يزال توفير الثقة في هويات الكيميائية. أنثرالين (DT؛ 1،8 ثنائي هيدروكسي-9 ،10-dihydroanthracen-9-واحد) قد سبق وذكرت في شكل مصفوفة MALDI للتصوير الأنسجة. في هذا العمل، على هجين رباعي عالية جدا دقة وقدمت FTICR أداة بروتوكول لاستخدام DT لMALDI التصوير الدهون الذاتية من أسطح أقسام الأنسجة الثديية، من خلال إيجابية أيون MALDI إلى MS.
Introduction
الطيف الكتلي التصوير (MSI) هو تقنية تحليلية لتحديد توطين وتوزيع الأنماط المكانية من المركبات على سطح قسم الأنسجة 1،2. وقد استخدمت مصفوفة بمساعدة الليزر الامتزاز / التأين (MALDI) MSI لتحليل الببتيدات والبروتينات لأكثر من عقد من الزمان، وكانت هناك تحسينات كبيرة في طرق تحضير العينة، حساسية الكشف، القرار المكانية، استنساخ ومعالجة البيانات 3،4. من خلال الجمع بين المعلومات من أقسام ملطخة تشريحيا والتجارب MSI، الأطباء قادرون على ربط توزيع مركبات معينة مع ميزات مثيرة للاهتمام pathophysiologically 5.
كما تم استجواب أنماط توزيع جزيئات صغيرة، بما في ذلك الأدوية الخارجية ونواتج تفاعلاتها 6،7 8-10 بواسطة MALDI MS-الأنسجة التصوير 11. الدهون هي ربما الأكثر دراسة القانون المدني على نطاق واسعSS من المركبات مع التصوير MALDI، سواء في MS 12-17 و MS / MS 18 وسائط. وقد تم استخدام MALDI MSI للتصوير جزيء صغير محدودة بسبب عدة عوامل: 1) المصفوفات MALDI هم أنفسهم جزيئات صغيرة (عادة م / ض <500)، والتي تولد إشارات أيون فيرة. هذه الإشارات وفيرة يمكن قمع التأين من analytes الصغيرة جزيء وتتداخل مع 19،20 الكشف عنها. الخالية من المذيبات مصفوفة طلاء 21، مصفوفة التسامي 22، ومصفوفة precoated MALDI MS 23، من بين أمور أخرى، وضعت لتحسين MSI جزيئات صغيرة.
المصفوفات الجديدة التي يمكن أن تحسن تحليل مركبات منخفضة ميغاواط ذات أهمية كبيرة في جزيء صغير MSI. وينبغي توفير هذه المصفوفات زيادة إشارات الحليلة مع إشارات مصفوفة انخفضت. في وضع إيجابي أيون، 2،5-dihydroxybenzoic حمض (DHB) وα-سيانو-4-hydroxycinnamic حمض (CHCA) هي التي تستخدم عادة اثنين من المصفوفات MALDI MS لMSI 24 </سوب>. إن مصفوفة مثالية تشكل بلورات صغيرة، وذلك للحفاظ على توطين المكاني للالتحاليل. DHB يميل إلى تشكل بلورات أكبر، لذلك تم تطوير تطبيق المصفوفة باستخدام التسامي للتغلب على هذه المشكلة جزئيا، وسمحت استخدام هذه المصفوفة للتصوير الحساسة من الدهون الفوسفاتية 22،25. وقد استخدمت 9-Aminoacridine لMSI من analytes بروتيتش في وضع إيجابي أيون 26 والنيوكليوتيدات والدهون الفوسفاتية في سلبية ايون وضع 26-29. تم العثور على 2-Mercaptobenzothiazole لإعطاء الكشف MALDI كفاءة من الدهون 30، واستخدمت لتصوير الدماغ الماوس gangliosides 31. قرار عالية جدا من تحويل فورييه ايون سيكلوترون صدى (FTICR) الطيف الشامل يمكن أن يخفف إلى حد ما حل هذه المشكلة عن طريق إشارات من إشارات الحليلة مصفوفة 32. ميزة أخرى لاستخدام FTICR-MS هو أن كثافة من كتل مصفوفة متبدل الاستقرار هي احمرارالطبعة 33، مما يقلل أيضا هذه التدخلات 27.
استخدام أنثرالين (DT؛ 1،8 ثنائي هيدروكسي-9 ،10-dihydroanthracen-9-واحد) في شكل مصفوفة MALDI للتصوير الأنسجة قد سبق وذكرت 34. في هذا العمل الحالية، يتم توفير بروتوكول مفصلة لاستخدام DT لMSI الدهون الذاتية على أسطح أقسام الأنسجة عدسة الأبقار، في وضع إيجابي أيون.
Protocol
Representative Results
Discussion
أهم الاعتبارات لنجاح MALDI MSI هي: 1) إعداد الأنسجة؛ 2) اختيار مصفوفة، 3) تطبيق مصفوفة؛ و 4) تفسير البيانات وتحليلها. عندما يتم إعداد العينة والمصفوفة بشكل مناسب، هو الآلي والحصول على البيانات MS. تحليل البيانات من هذا النوع من التجربة هو تماما كثيفة العمالة.
<p class="jove_content" sty…Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
فإن الكتاب أود أن أنوه الجينوم كندا وكولومبيا البريطانية الجينوم للتمويل منصة، والدعم. نشكر أيضا الدكتور كارول E. باركر لمراجعة نقدية للمساعدة مخطوطة والتحرير. شيلي أيضا بفضل كولومبيا البريطانية البروتيوميات الشبكة للحصول على الدعم.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
| Rat Liver | Pel-Freez Biologicals | 56023-2 | |
| Bovine Calf Lens | Pel-Freez Biologicals | 57114-2 | Sample should be decapsulated29 before use |
| Dithranol (DT) | Sigma-Aldrich | 10608 | MALDI Matrix |
| α-Cyano-4-hydroxy-cinnamic Acid (CHCA) | Sigma-Aldrich | 70990 | MALDI Matrix |
| 2,5-Dihydroxybenzoic Acid (DHB) | Sigma-Aldrich | 85707 | MALDI Matrix |
| Reserpine | Sigma-Aldrich | 83580 | |
| Terfenadine | Sigma-Aldrich | T9652 | |
| Formic Acid | Sigma-Aldrich | 14265 | |
| Ammonium Formate | Sigma-Aldrich | 14266 | |
| Ammonium Hydroxide | Sigma-Aldrich | 320145 | |
| Trifluoroacetic Acid (TFA) | Sigma-Aldrich | 302031 | |
| Water | Sigma-Aldrich | 39253 | |
| Methanol | Sigma-Aldrich | 34860 | |
| Acetonitrile | Sigma-Aldrich | 34967 | |
| Ethyl Acetate | Sigma-Aldrich | 34972 | |
| Isopropanol | Sigma-Aldrich | 34965 | |
| Chloroform | Sigma-Aldrich | 366927 | |
| Acetone | Sigma-Aldrich | 34850 | |
| Ethanol | Commercial Alcohols | 95% | |
| ES Tuning Mix | Agilent Technologies | G2431A | |
| ITO Coated Glass Slides | Hudson Surface Technology | PSI1207000 | Ensure that samples are placed on the electrically conductive side |
| Wite-Out Shake-N-Squeeze Correction Pen | Bic | WOSQP11 | |
| Airbrush Sprayer | Iwata | Eclipse HP-CS | |
| ImagePrep | Bruker | 249500-LS | |
| MALDI adapter | Bruker | 235380 | |
References
- Chaurand, P., Stoeckli, M., Caprioli, R. M. Direct Profiling of Proteins in Biological Tissue Sections by MALDI Mass Spectrometry. Anal. Chem. 71, 5263-5270 (1999).
- Caprioli, R. M., Farmer, T. B., Gile, J. Molecular Imaging of Biological Samples. Localization of Peptides and Proteins Using MALDI-TOF MS. Anal. Chem. 69, 4751-4760 (1997).
- Amstalden van Hove, E. R., Smith, D. F., Heeren, R. M. A. A concise review of mass spectrometry imaging. J. Chromatogr. A. 1217, 3946-3954 (2010).
- Norris, J. L., Caprioli, R. M. Analysis of Tissue Specimens by Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Imaging Mass Spectrometry in Biological and Clinical Research. Chem. Rev. Feb 11, (2013).
- Walch, A., Rauser, S., Deininger, S. -. O., Höfler, H. MALDI imaging mass spectrometry for direct tissue analysis: a new frontier for molecular histology. Histochem. Cell Biol. 130, 421-434 (2008).
- Hsieh, Y., et al. Matrix-assisted laser desorption/ionization imaging mass spectrometry for direct measurement of clozapine in rat brain tissue. Rapid Commun. Mass Spectrom. 20, 965-972 (2006).
- Trim, P. J., et al. Matrix-assisted laser desorption/ionization-ion mobility separation-mass spectrometry imaging of vinblastine in whole body tissue sections. Anal. Chem. 80, 8628-8634 (2008).
- Khatib-Shahidi, S., Andersson, M., Herman, J. L., Gillespie, T. A., Caprioli, R. M. Direct molecular analysis of whole-body animal tissue sections by imaging MALDI mass spectrometry. Anal. Chem. 78, 6448-6456 (2006).
- Atkinson, S. J., Loadman, P. M., Sutton, C., Patterson, L. H., Clench, M. R. Examination of the distribution of the bioreductive drug AQ4N and its active metabolite AQ4 in solid tumours by imaging matrix-assisted laser desorption/ionisation mass spectrometry. Rapid Commun. Mass Spectrom. 21, 1271-1276 (2007).
- Drexler, D. M., et al. Utility of imaging mass spectrometry (IMS) by matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI) on an ion trap mass spectrometer in the analysis of drugs and metabolites in biological tissues. J. Pharmacol. Toxicol. Methods. 55, 279-288 (2007).
- Prideaux, B., Stoeckli, M. Mass spectrometry imaging for drug distribution studies. J. Proteomics. 75, 4999-5013 (2012).
- Sugiura, Y., Setou, M. Imaging Mass Spectrometry for Visualization of Drug and Endogenous Metabolite Distribution: Toward In Situ Pharmacometabolomes. J. Neuroimmune Pharmacol. 5, 31-43 (2009).
- Garrett, T. J., Yost, R. A. Analysis of intact tissue by intermediate-pressure MALDI on a linear ion trap mass spectrometer. Anal. Chem. 78, 2465-2469 (2006).
- Woods, A. S., Jackson, S. N. Brain tissue lipidomics: direct probing using matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry. AAPS J. 8, 391-395 (2006).
- Cha, S., Yeung, E. S. Colloidal graphite-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry and MSn of small molecules. 1. Imaging of cerebrosides directly from rat brain tissue. Anal. Chem. 79, 2373-2385 (2007).
- Burnum, K. E., et al. Spatial and temporal alterations of phospholipids determined by mass spectrometry during mouse embryo implantation. J. Lipid Res. 50, 2290-2298 (2009).
- Veloso, A., et al. Anatomical distribution of lipids in human brain cortex by imaging mass spectrometry. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 22, 329-338 (2011).
- Tanaka, H., et al. Distribution of phospholipid molecular species in autogenous access grafts for hemodialysis analyzed using imaging mass spectrometry. Anal. Bioanalyt. Chem. 400, 1873-1880 (2011).
- Lou, X., van Dongen, J. L., Vekemans, J. A., Meijer, E. W. Matrix suppression and analyte suppression effects of quaternary ammonium salts in matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry: an investigation of suppression mechanism. Rapid Comm. Mass Spectrom. 23, 3077-3082 (2009).
- Knochenmuss, R., Karbach, V., Wiesli, U., Breuker, K., Zenobi, R. The matrix suppression effect in matrix-assisted laser desorption/ionization: application to negative ions and further characteristics. Rapid Commun. Mass Spectrom. 12, 529-534 (1998).
- Puolitaival, S. M., Burnum, K. E., Cornett, D. S., Caprioli, R. M. Solvent-free matrix dry-coating for MALDI imaging of phospholipids. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 19, 882-886 (2008).
- Hankin, J. A., Barkley, R. M., Murphy, R. C. Sublimation as a Method of Matrix Application for Mass Spectrometric Imaging. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 19, 1646-1652 (2007).
- Grove, K. J., Frappier, S. L., Caprioli, R. M. Matrix pre-coated MALDI MS targets for small molecule imaging in tissues. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 22, 192-195 (2011).
- Fuchs, B., Süss, R., Schiller, J. An update of MALDI-TOF mass spectrometry in lipid research. Prog. Lipid Res. 49, 450-475 (2010).
- Murphy, R. C., Hankin, J. A., Barkley, R. M., Zemski Berry, K. A. MALDI imaging of lipids after matrix sublimation/deposition. Biochim. Biophys. Acta. 1811, 970-975 (2011).
- Vermillion-Salsbury, R. L., Hercules, D. M. 9-Aminoacridine as a matrix for negative mode matrix-assisted laser desorption/ionization. Rapid Commun. Mass Spectrom. 16, 1575-1581 (2002).
- Hu, C., et al. Analytical strategies in lipidomics and applications in disease biomarker discovery. J. Chromatogr. B Analyt. Technol. Biomed. Life Sci. 877, 2836-2846 (2009).
- Miura, D., et al. Ultrahighly sensitive in situ metabolomic imaging for visualizing spatiotemporal metabolic behaviors. Anal. Chem. 82, 9789-9796 (2010).
- Cerruti, C. D., Benabdellah, F., Laprevote, O., Touboul, D., Brunelle, A. MALDI Imaging and Structural Analysis of Rat Brain Lipid Negative Ions with 9-Aminoacridine Matrix. Anal. Chem. 84, 2164-2171 (2012).
- Astigarraga, E., et al. Profiling and Imaging of Lipids on Brain and Liver Tissue by Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometry Using 2-Mercaptobenzothiazole as a Matrix. Anal. Chem. 80, 9105-9114 (2008).
- Whitehead, S. N., et al. Imaging mass spectrometry detection of gangliosides species in the mouse brain following transient focal cerebral ischemia and long-term recovery. PloS one. 6, e20808 (2011).
- Cornett, D. S., Frappier, S. L., Caprioli, R. M. MALDI-FTICR imaging mass spectrometry of drugs and metabolites in tissue. Anal. Chem. 80, 5648-5653 (2008).
- Deininger, S. O., et al. Normalization in MALDI-TOF imaging datasets of proteins: practical considerations. Anal. Bioanalyt. Chem. 401, 167-181 (2011).
- Le, C. H., Han, J., Borchers, C. H. Dithranol as a MALDI matrix for tissue imaging of lipids by Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry. Anal. Chem. 84, 8391-8398 (2012).
- Han, J., Schey, K. L. MALDI Tissue Imaging of Ocular Lens α-Crystallin. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 47, 2990-2996 (2006).
- Schwartz, S. A., Reyzer, M. L., Caprioli, R. M. Direct tissue analysis using matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry: practical aspects of sample preparation. J. Mass Spectrom. 38, 699-708 (2003).
- Chen, Y., et al. Imaging MALDI mass spectrometry of sphingolipids using an oscillating capillary nebulizer matrix application system. Meth. Mol. Biology. 656, 131-146 (2010).
- Han, J., et al. Towards high throughput metabolomics using ultrahigh field Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry. Metabolomics. 4, 128-140 (2008).
- Smith, C. A., et al. METLIN: a metabolite mass spectral database. Ther. Drug Monit. 27, 747-751 (2005).
- Wishart, D. S., et al. HMDB: a knowledgebase for the human metabolome. Nucleic Acids Res. 37, D603-D610 (2009).
- Hoteling, A. J., Erb, W. J., Tyson, R. J., Owens, K. G. Exploring the importance of the relative solubility of matrix and analyte in MALDI sample preparation using HPLC. Anal. Chem. 76, 5157-5164 (2004).
- Hoteling, A. J., Mourey, T. H., Owens, K. G. Importance of solubility in the sample preparation of poly(ethylene terephthalate. for MALDI TOFMS. Anal. Chem. 77, 750-756 (2005).
- Shroff, R., Rulísek, L., Doubsky, J., Svatos, A. Acid-base-driven matrix-assisted mass spectrometry for targeted metabolomics. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 106, 10092-10096 (2009).
- Eikel, D., et al. Liquid extraction surface analysis mass spectrometry (LESA-MS) as a novel profiling tool for drug distribution and metabolism analysis: the terfenadine example. Rapid Comm. Mass Spectrom. 25, 3587-3596 (2011).
- Sadeghi, M., Vertes, A. Crystallite size dependence of volatilization in matrix-assisted laser desorption ionization. Appl. Surf. Sci. 127 – 129, 226-234 (1998).
- O’Connor, P. B., Costello, C. E. Internal Calibration on Adjacent Samples (InCAS) with Fourier Transform Mass Spectrometry. Anal. Chem. 72, 5881-5885 (2000).
- Jing, L., Amster, I. J. An improved calibration method for the matrix-assisted laser desorption/ionization-Fourier transform ion cyclotron resononance analysis of 15N-metabolically- labeled proteome digests using a mass difference approach. Eur. J. Mass Spectrom. 18, 269-277 (2012).
- Zhang, L. -. K., Rempel, D., Pramanik, B. N., Gross, M. L. Accurate mass measurements by Fourier transform mass spectrometry. Mass Spectrom. Rev. 24, 286-309 (2005).
- Clemis, E. J., et al. Quantitation of spatially-localized proteins in tissue samples using MALDI-MRM imaging. Anal. Chem. 84, 3514-3522 (2012).
- Schwamborn, K., Caprioli, R. M. Molecular imaging by mass spectrometry–looking beyond classical histology. Nat. Rev. Cancer. 10, 639-646 (2010).
- Oppenheimer, S. R., Mi, D., Sanders, M. E., Caprioli, R. M. Molecular analysis of tumor margins by MALDI mass spectrometry in renal carcinoma. J. Proteome Res. 9, 2182-2190 (2010).
