JoVE Journal > Biology
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Résultats
Discussion
Divulgations
Acknowledgements
Materials
References
Traduction automatique
Biologie

Dithranol som en matrix til Matrix Assisted Laser Desorption / Ionisering Imaging på en Fourier Transform-cyklotron resonans Mass Spectrometer

Published: November 26, 2013
doi:
10.3791/50733
, ,
1University of Victoria-Genome BC Proteomics Centre,University of Victoria, 2Department of Biochemistry and Microbiology,University of Victoria

Summary

Dithranol (DT, 1,8-dihydroxy-9 ,10-dihydroanthracen-9-on) er tidligere blevet rapporteret som en MALDI matrix til afbildning af væv af små molekyler, protokoller til anvendelse af DT for MALDI billeddannelse af endogene lipider på overflade af vævssnit ved positiv-ion MALDI-MS på et ultrahøjt opløsning quadrupol-FTICR instrument leveres her.

Abstract

Massespektrometri imaging (MSI) bestemmer den rumlige lokaliserings-og spredningsmønstre for forbindelser på overfladen af ​​et væv sektion, primært ved hjælp af MALDI (matrix assisteret laser desorption / ionisering)-baserede analytiske teknikker. Nye matricer for små molekyle MSI, som kan forbedre analysen af ​​lavmolekylære (MW) forbindelser, der er nødvendige. Disse matricer bør øge analyt signaler, mens faldende MALDI baggrund signaler. Hertil kommer, at anvendelsen af ​​ultrahøj opløsning instrumenter, såsom Fouriertransformation ion-cyklotron-resonans (FTICR) massespektrometre, har evnen til at løse analyt signaler fra matrix-signaler, og det kan delvist overvindes mange problemer forbundet med baggrunden stammende fra MALDI matrix. Reduktionen i intensiteten af ​​de metastabile matrix klynger af FTICR MS kan også bidrage til at overvinde nogle af de interferenser, der er forbundet med matrix toppe på andre instrumenter. Høj opløsninginstrumenter såsom FTICR massespektrometre er fordelagtig, da de kan producere spredningsmønstre for mange forbindelser samtidigt mens det stadig giver tillid i kemiske identifikationer. Dithranol (DT, 1,8-dihydroxy-9 ,10-dihydroanthracen-9-on) er tidligere blevet rapporteret som en MALDI matrix til afbildning af væv. I dette arbejde, en protokol for brug af DT for MALDI billeddannelse af endogene lipider fra overfladerne af pattedyr vævssnit ved positiv-ion MALDI-MS, på et ultrahøjt opløsning hybrid quadrupol FTICR instrument er tilvejebragt.

Introduction

Massespektrometri imaging (MSI) er en analytisk teknik til bestemmelse de rumlige lokaliserings-og spredningsmønster forbindelser på overfladen af et vævssnit 1,2. Matrix assisteret laser desorption / ionisering (MALDI) MSI til analyse af peptider og proteiner har været brugt i over et årti, og der har været store forbedringer i metoder til prøveforberedelse, afsløring følsomhed, rumlig opløsning, reproducerbarhed og databehandling 3,4. Ved at kombinere information fra histologisk farvede sektioner og MSI eksperimenter, patologer er i stand til at korrelere fordelinger af specifikke forbindelser med patofysiologisk interessante funktioner 5.

De spredningsmønstre for små molekyler, herunder eksogene stoffer 6,7 og deres metabolitter 8-10 er også blevet afhørt af MALDI-MS væv billeddannelse 11. Lipider er måske den mest udbredte studerede CLAss af forbindelser med MALDI billeddannelse, både i MS 12-17 og MS / MS 18 tilstande. Anvendelsen af ​​MALDI MSI for lille molekyle billeddannelse har været begrænset af flere faktorer: 1) MALDI matricer er selv små molekyler (typisk m / z <500), som genererer rigelige ionsignaler. Disse rigelige signaler kan undertrykke ionisering af små molekyler analytter og forstyrre deres opdagelse 19,20. Opløsningsmiddel-fri matrix belægning 21 matrix sublimering 22 og matrix præcoatet MALDI MS 23, blandt andre, er blevet udviklet for at forbedre MSI af små molekyler.

Nye matricer, der kan forbedre analysen af ​​lav-MW forbindelser er af stor interesse for små-molekyle MSI. Disse matricer bør øge analyt signaler med nedsat matrix signaler. I det positive-ion-mode, 2,5-dihydroxybenzoesyre (DHB) og α-cyano-4-hydroxykanelsyre (CHCA) er de to almindeligt anvendte MALDI MS matricer til MSI 24 </sup>. Den ideelle matrix ville danne små krystaller, således at bevare den rumlige lokalisering af analytter. DHB tendens til at danne større krystaller, anvender dermed er blevet udviklet matrixen ved hjælp af sublimering delvist at overvinde dette problem og har tilladt anvendelsen af denne matrix til følsom billeddannelse af phospholipider 22,25. 9-aminoacridin er blevet anvendt til MSI af protiske analytter i positiv-ion-mode 26 og for nukleotider og phospholipider i negativ ion-mode 26-29. 2-mercaptobenzothiazol har vist sig at give en effektiv MALDI påvisning af lipider 30 og er blevet anvendt til billeddannelse af musehjerne gangliosider 31. Den ultra opløsning på Fouriertransformation ion cyklotron resonans (FTICR) massespektrometre kan noget afhjælpe dette problem ved at løse analyt signaler fra matrix-signaler 32. En anden fordel ved anvendelsen af ​​FTICR-MS er, at intensiteten af ​​de metastabile matrix klynger er reduktioned 33, som også reducerer disse interferenser 27.

Anvendelsen af dithranol (DT, 1,8-dihydroxy-9 ,10-dihydroanthracen-9-on), som tidligere er blevet rapporteret om en MALDI matrix til afbildning af væv 34. I denne aktuelle arbejde, er en detaljeret protokol tilvejebragt til brug for DT for MSI af endogene lipider på overfladen af ​​kvæg linse vævssnit, i den positive-ion-mode.

Protocol

1.. Vævssektionering Flash-indefryse udstede prøver, når høstet, ved hjælp af flydende nitrogen, sende dem på tøris (hvis shipping er påkrævet), og opbevar dem ved -80 ° C indtil vævssektionering. (Hvis der anvendes vareprøver, sikre, at prøverne er forberedt på denne måde.) Skær organer til en håndterbar størrelse til at passe MALDI mål. Trim off uønskede dele af orglet. Til denne undersøgelse er beskrevet her, blev kvæg kalv linser decapsulated anvendelse af en tidligere besk…

Representative Results

Vævsprøver, der er sektionerede og tø monteret på ITO belagt objektglas skal være intakt, uden synlig tåreflåd. For mange væv, direkte væv tø montering på en ITO-overtrukket objektglas er acceptabel. For nogle specifikke væv, såsom kvæg linse, er en omfattende rivning af væv ofte ses, når direkte tø montering anvendes (figur 1a). Precoating ITO objektglas med ethanol eller myresyre (figur 1b) bidrager til at opretholde integriteten af vævssnit under væv monterin…

Discussion

De vigtigste overvejelser for en vellykket MALDI MSI er: 1) forberedelse væv, 2) matrix valg, 3) matrix ansøgning og 4) fortolkningen af ​​data og analyse. Når prøven og matricen bliver korrekt fremstillet, er købet MS data automatiseret. Den analyse af data fra denne type eksperiment er ganske arbejdskrævende.

Passende forberedelse væv er afgørende for en vellykket MALDI MSI eksperimenter. Kilden til vævet og håndtering kan have en stor indflydelse på den endelige analyse. Pr…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Forfatterne vil gerne anerkende Genome Canada og Genome British Columbia for platform finansiering og støtte. Vi takker også Dr. Carol E. Parker for kritisk gennemgang af manuskriptet og redigering bistand. CHL også takker British Columbia Proteomics Netværk for støtte.

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Prideaux, B., Stoeckli, M. Mass spectrometry imaging for drug distribution studies. J. Proteomics. 75, 4999-5013 (2012).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. Fuchs, B., Süss, R., Schiller, J. An update of MALDI-TOF mass spectrometry in lipid research. Prog. Lipid Res. 49, 450-475 (2010).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. Miura, D., et al. Ultrahighly sensitive in situ metabolomic imaging for visualizing spatiotemporal metabolic behaviors. Anal. Chem. 82, 9789-9796 (2010).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).
  32. 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).
  33. Deininger, S. O., et al. Normalization in MALDI-TOF imaging datasets of proteins: practical considerations. Anal. Bioanalyt. Chem. 401, 167-181 (2011).
  34. 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).
  35. Han, J., Schey, K. L. MALDI Tissue Imaging of Ocular Lens α-Crystallin. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 47, 2990-2996 (2006).
  36. 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).
  37. 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).
  38. Han, J., et al. Towards high throughput metabolomics using ultrahigh field Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry. Metabolomics. 4, 128-140 (2008).
  39. Smith, C. A., et al. METLIN: a metabolite mass spectral database. Ther. Drug Monit. 27, 747-751 (2005).
  40. Wishart, D. S., et al. HMDB: a knowledgebase for the human metabolome. Nucleic Acids Res. 37, D603-D610 (2009).
  41. 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).
  42. 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).
  43. 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).
  44. 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).
  45. Sadeghi, M., Vertes, A. Crystallite size dependence of volatilization in matrix-assisted laser desorption ionization. Appl. Surf. Sci. 127 – 129, 226-234 (1998).
  46. O’Connor, P. B., Costello, C. E. Internal Calibration on Adjacent Samples (InCAS) with Fourier Transform Mass Spectrometry. Anal. Chem. 72, 5881-5885 (2000).
  47. 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).
  48. 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).
  49. Clemis, E. J., et al. Quantitation of spatially-localized proteins in tissue samples using MALDI-MRM imaging. Anal. Chem. 84, 3514-3522 (2012).
  50. Schwamborn, K., Caprioli, R. M. Molecular imaging by mass spectrometry–looking beyond classical histology. Nat. Rev. Cancer. 10, 639-646 (2010).
  51. 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).

Tags

MALDI ImagingDithranol MatrixFTICR Mass SpectrometryLow-molecular Weight CompoundsEndogenous Lipids
check_url/fr/50733?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citer Cet Article
Le, C. H., Han, J., Borchers, C. H. Dithranol as a Matrix for Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization Imaging on a Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometer. J. Vis. Exp. (81), e50733, doi:10.3791/50733 (2013).
Télécharger la Citation
Réimpressions et Autorisations

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image