Dithranol כמו מטריקס לליזר Desorption / יינון ההדמיה מטריקס Assisted על Fourier Transform יון הציקלוטרון התהודה ספקטרומטר מסות
Summary
Dithranol (DT; 1,8-dihydroxy-9 ,10 dihydroanthracen–9-אחד) כבר דווח בעבר כמטריצה MALDI הדמיה רקמה של מולקולות קטנות; פרוטוקולים לשימושם של DT להדמית MALDI של שומני אנדוגני על פני השטח של חלקי רקמות על ידי חיובי יון MALDI-MS במכשיר quadrupole-FTICR רזולוציה ultrahigh מסופקים כאן.
Abstract
הדמיה ספקטרומטריית מסה (MSI) קובע את דפוסי לוקליזציה ופריסה המרחבית של תרכובות על פני השטח של קטע רקמה, בעיקר באמצעות MALDI (desorption / יינון מטריצת סיוע לייזר) מבוססת טכניקות אנליטיות. מטריצות חדשות למולקולה קטנה MSI, אשר יכול לשפר את הניתוח במשקל מולקולרי נמוך תרכובות (MW), יש צורך. מטריצות אלה אמורות לספק אותות אנליטי מוגבר תוך הפחתת אותות רקע MALDI. בנוסף, השימוש במכשירים ברזולוציה ultrahigh, כגון התמרת התהודה הציקלוטרון יון (FTICR) ספקטרומטר מסות, יש לו את היכולת לפתור את אותות אנליטי מאותות מטריקס, וזה באופן חלקי יכול להתגבר על בעיות רבות הקשורות לרקע שמקורם MALDI מטריצה. ההפחתה בעוצמות של אשכולות מטריצת metastable ידי FTICR טרשת נפוצה יכולה גם לעזור להתגבר על חלק מההפרעות הקשורות לפסגות מטריצה על מכשירים אחרים. ברזולוציה גבוההמכשירים כגון ספקטרומטר מסות FTICR הם יתרון כפי שהם יכולים לייצר דפוסי הפצה של תרכובות רבות בו זמנית תוך מתן אמון בהזדהויות כימיות. Dithranol (DT; 1,8-dihydroxy-9 ,10 dihydroanthracen–9-אחד) כבר דווח בעבר כמטריצה MALDI הדמיה רקמות. בעבודה זו, פרוטוקול לשימוש בDT הדמיה MALDI של שומני אנדוגני מהמשטחים של חלקי רקמות של יונקים, על ידי חיובי יון MALDI-MS, בquadrupole היברידי הרזולוציה ultrahigh מכשיר FTICR כבר סיפק.
Introduction
הדמיה ספקטרומטריית מסה (MSI) היא שיטה אנליטית לקביעת דפוסי לוקליזציה ופריסה המרחבית של תרכובות על פני השטח של קטע רקמת 1,2. desorption / יינון לייזר מטריקס סייע (MALDI) MSI לניתוח של פפטידים וחלבונים היה בשימוש כבר למעלה מעשור וחל שיפור רב בשיטות להכנת מדגם, רגישות זיהוי, ברזולוציה מרחבית, שחזור ועיבוד נתונים 3,4. על ידי שילוב מידע מסעיפים מוכתמים בהיסטולוגיה וניסויים MSI, פתולוגים יכולים לתאם את החלוקה של תרכובות ספציפיות עם תכונות מעניינות pathophysiologically 5.
דפוסי ההפצה של מולקולות קטנות, כוללים תרופות אקסוגניים 6,7 ומטבוליטים שלהם 8-10 גם נחקרו על ידי ההדמיה של רקמות MALDI-MS 11. שומנים הם אולי CLA הנפוץ ביותר למדss של תרכובות עם ההדמיה MALDI, הן ב18 מצבי MS 12-17 ו-MS / MS. השימוש בMALDI MSI הדמיה מולקולה קטנה היה מוגבל על ידי מספר גורמים: 1) מטריצות MALDI הם עצמם מולקולות קטנות (בדרך כלל מ '/ z <500), אשר יוצרות אותות יון בשפע. אותות בשפע אלה יכולים לדכא היינון של analytes מולקולה קטנה ולהפריע ל19,20 זיהוי שלהם. ציפוי ממס ללא מטריצה 21, סובלימציה מטריצת 22, ומטריצת precoated MALDI MS 23, בין השאר, פותחו על מנת לשפר את MSI של מולקולות קטנות.
מטריצות חדשות שיכול לשפר את הניתוח של תרכובות הנמוך MW הן עניין רב במולקולה הקטנה MSI. מטריצות אלה אמורות לספק אותות אנליטי מוגבר עם אותות מטריקס ירד. במצב החיובי יון, 2,5-dihydroxybenzoic חומצה (DHB) וα-Cyano-4-hydroxycinnamic חומצה (CHCA) הם שתי מטריצות MALDI MS נפוצות ל24 MSI </sup>. המטריצה האידיאלית תהיה ליצור גבישים קטנים, כדי לשמר את הלוקליזציה המרחבית של analytes. DHB נוטה ליצור גבישים גדולים יותר, ולכן החלת המטריצה באמצעות סובלימציה פותחה באופן חלקי להתגבר על בעיה זו, ואפשרה את השימוש במטריצה זו להדמיה רגישה של פוספוליפידים 22,25. 9-Aminoacridine שמש במשך MSI של analytes protic במצב 26 חיובי יון ולנוקלאוטידים ופוספוליפידים ב26-29 המצב השלילי יון. 2-Mercaptobenzothiazole כבר מצא לתת גילוי MALDI יעיל של שומנים 30, ומאז משמש עבור ההדמיה של מוח עכבר gangliosides ביום 31. הרזולוציה ultrahigh של התמרת התהודה הציקלוטרון יון (FTICR) ספקטרומטר מסות מעט יכול להקל על בעיה זו על ידי פתרון אותות אנליטי מאותות מטריצת 32. יתרון נוסף של השימוש בFTICR-MS הוא שהעוצמות של אשכולות מטריצת metastable הן reduc33 אד, אשר גם מפחית הפרעות אלה 27.
השימוש בdithranol (DT; 1,8-dihydroxy-9 ,10 dihydroanthracen–9-אחד) כמטריצה MALDI הדמיה רקמות כבר דווחה בעבר 34. בעבודה הנוכחית, פרוטוקול מפורט מסופק לשימושם של DT לMSI של שומני אנדוגני על פני השטח של חלקי רקמות עדשת שור, במצב החיובי יון.
Protocol
Representative Results
Discussion
השיקולים החשובים ביותר להצלחת MALDI MSI הם: 1) הכנת רקמה; 2) בחירת מטריצה; 3) יישום מטריקס, ו 4) פרשנות וניתוח של נתונים. כאשר המדגם ומטריקס ערוכים כראוי, רכישת נתונים MS היא אוטומטית. ניתוח נתונים מסוג זה של ניסוי הוא די עתיר עבודה.
הכנת רקמ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים רוצים להכיר הגנום קנדה והגנום קולומביה הבריטית למימון פלטפורמה, ותמיכה. כמו כן אנו מודים לד"ר קרול א 'פרקר לסקירה ביקורתית של סיוע כתב היד ועריכה. CHL גם בזכות רשת פרוטאומיקה קולומביה הבריטית לקבלת תמיכה.
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).
