En effektiv utvalg forberedelse metode for å forbedre karbohydrater Ion signaler i Matrix-assistert Laser desorpsjon/ionisering massespektrometri
Summary
En protokoll for å forbedre karbohydrater ion signaler i MALDI massespektrometri av reformere krystallinsk strukturer i prøven forberedelse prosesser er demonstrert.
Abstract
Eksempel forberedelse er en kritisk prosess i massespektrometri (MS) analyse av karbohydrater. Selv om matrix-assistert laser desorpsjon/ionisering (MALDI) MS metoden for valg i karbohydrater analyse, dårlig ion signal og data reproduserbarhet av karbohydrater prøver fortsatt være alvorlige problemer. For kvantitativ analyse av karbohydrater er en effektiv analytisk protokoll gir overlegen kvalitet nødvendig. Denne videoen viser eksempel forberedelse protokoller for å forbedre signal intensitet og minimere datavariasjon karbohydrater i MALDI-MS. Etter tørking og krystallisering av prøven dråper, er crystal morfologi reformert av metanol før masse spectrometric analyse. Forbedringen i karbohydrater-signalet er undersøkt med MALDI tenkelig massespektrometri (IMS). Eksperimentelle resultater viser at crystal reformasjonen justerer krystallinske strukturer og redistribuerer karbohydrat analytter. Med metoden tørket slippverktøy forberedelse i konvensjonelle MALDI-MULTIPLE Sclerosis, reformere karbohydrater crystal morphologies med metanol viser betydelig bedre signal intensitet, ion bilde distribusjon og data stabilitet. Siden protokoller vist her ikke involverer endringer i utvalg komposisjon, er de generelt gjelder for ulike karbohydrater og matriser.
Introduction
Karbohydrater analyse er en viktig og utfordrende. Karbohydrater og deres derivater spille viktige roller i levende organismer1,2,3. Disse molekylene har komplisert strukturer og er utsatt for brytes. Mange av dem kan ikke være tydelig preget på grunn av problemer i separasjon og gjenkjenning. Selv om matrix-assistert laser desorpsjon/ionisering (MALDI) massespektrometri (MS) har blitt brukt til analyse av en rekke biomolecules, på grunn av sin følsomhet og forståelig resultater4, fortsetter analysere karbohydrater bruker MALDI-MS å være en stor utfordring på grunn av lav ionisering effektiviteten av slike molekyler5. Kjemiske derivatization er en vanlig måte å forbedre ionisering effektiviteten av karbohydrater6,7, men slike prosedyrer er tid og prøve forbruker. Dessuten er ionisering effektiviteten i derivatized karbohydrater fortsatt lavere enn proteiner. Dermed er utviklingen av metoder for å forbedre karbohydrater signal i MALDI-MS uten kompliserte prosedyrer nødvendig.
Bruk av MALDI-MS til kvantitativ analyse er en annen utfordrende emne. Et stort problem på MALDI-MS er at dens følsomhet og data reproduserbarhet avhengig kritisk eksempel forberedelse protokoller og eksperimentelle parametere. I mange tilfeller er kvantitativ analyse av MALDI-MULTIPLE Sclerosis upålitelig heterogene utvalg morphologies og analytt distribusjon. Et kjent eksempel er prøver forberedt med en 2,5-dihydroxybenzoic acid (DHB) MALDI matrise. Når DHB er krystallisert sakte under ambient miljøet, er omfanget av analytt inkorporering matrix krystaller uforutsigbar, fordi resulterende eksempler viser uregelmessig morphologies. Slike eksempler består normalt av store nålen-formet og fine krystaller. Når DHB er forberedt bruker et flyktig løsemiddel og/eller en oppvarmet eksempel plate, resulterer en rask tørking prosessen i mer homogen fine krystaller og bedre kvantitative resultater8,9,10. Denne teknikken kalles “recrystallization” av MALDI prøver. Forbedring tilskrives bedre innlemmelse av analytter i fine matrix krystaller under rask krystallisering prosessen. Vi har også vist at justere eksempel forberedelse miljøet redusert heterogenitet av karbohydrater signal og forbedret kvantitative resultater11,12. Funnene i disse verkene foreslår at prøven morfologi er en kritisk faktor i å bestemme karbohydrater signalkvaliteten. For å utvikle en generelle strategi for daglig analyse, kreves det en effektiv utvalg reformasjonen metode gir forbedret karbohydrater følsomhet.
Vi har systematisk undersøkt sammenhengen mellom eksempel morfologi og karbohydrat følsomhet i MALDI-MULTIPLE Sclerosis i en nylig rapport13. Resultatene får flere viktige karbohydrater og matriser viser at de beste signal forsterkningen er oppfylt ved recrystallizing tørket MALDI prøver. Morfologi av prøver forberedt med metoden konvensjonelle tørket slippverktøy (DD) blir reformert ved rask recrystallization med metanol (MeOH). Detaljert eksempel forberedelse protokollene er vist her. Protokollen består av tre hovedtrinn, inkludert eksempel plate preconditioning, eksempel deponering og recrystallization og massespektrometri analyse. Benyttet karbohydrater inkluderer sialyl-lewis en (SLeA) og maltoheptaose (MH). DHB er brukt som en modell matrise. Resultatene viser at karbohydrater signal intensitet og romlige fordelingen økt markant etter recrystallization. Slik metode kan brukes til prøver med andre populære våpen, inkludert 2,4,6-trihydroxyacetophenone (THAP) og α– cyano-4-hydroxycinnamic acid. Denne metoden fungerer som en generell tilnærming som lett kan integreres i laboratoriet rutinen for karbohydrat analyse.
Protocol
Representative Results
Discussion
Eksempel heterogenitet er et avgjørende problem MALDI-MS. DD er mest brukte eksempel forberedelse metoden, men de resulterende krystallene er svært heterogen. Slike eksempler viser dårlig skudd-til-shot og prøve å sample signal reproduserbarhet. Derfor er “sweet spots” i eksemplet områder under datainnsamling en vanlig prosedyre i MALDI eksperimenter. Slike heterogene prøvene er uegnet for kvantifisering i praksis analyser.
I denne studien, er MALDI eksempel morfologi optimalisert ved r…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne har ingen takk.
Materials
| Reagent | |||
| Detergent powder | Alconox | 242985 | |
| Methanol | Merck | 106009 | |
| Acetonitrile | Merck | 100003 | |
| 2,5-dihydroxybenzoic acid (DHB) | Alfa Aesar | A11459 | |
| sialyl-lewis A (SLeA) | Sigma-Aldrich | S1782 | |
| Maltoheptaose | Sigma-Aldrich | M7753 | |
| Pipette tips | Mettler Toledo | 17005091 | |
| Microcentrifuge tube | Axygen | MCT-150-C | |
| Equipment | |||
| Milli-Q water purification system | Millipore | ZMQS6VFT1 | |
| Powder-free nitrile gloves | Microflex | SU-690 | |
| 600 mL beaker | Duran | 2110648 | |
| Ultrasonic cleaner | Delta | DC300H | |
| Hygrometer | Wisewind | 5330 | |
| Nitrogen gas flowmeter | Dwyer | RMA-6-SSV | |
| K-type thermocouples | Digitron | 311-1670 | |
| Vortex mixer | Scientific Industries | SI-0236 | |
| Mini centrifuge | Select BioProducts | Force Mini | |
| Pipette | Rainin | pipet-lite XLS | |
| Stereomicroscope | Olympus | SZX16 | |
| Temperature controllable drying chamber | This lab | ||
| Ultraflex II TOF/TOF mass spectrometer | Bruker Daltonics | ||
| MTP 384 target plate polished steel BC | Bruker Daltonics | 8280781 | |
| Flexcontrol Version 3.4 | Bruker Daltonics | Control software | |
| Fleximaging Version 2.1 | Bruker Daltonics | Imaging software | |
| Flexanalysis Version 3.4 | Bruker Daltonics | Analysis software |
References
- Holme, D. J., Peck, H. . Analytical Biochemistry. , (1998).
- Costello, C. E. Time, life … and mass spectrometry – New techniques to address biological questions. Biophysical Chemistry. 68 (1-3), 173-188 (1997).
- Caroff, M., Karibian, D. Structure of bacterial lipopolysaccharides. Carbohydrate Research. 338 (23), 2431-2447 (2003).
- Marvin, L. F., Roberts, M. A., Fay, L. B. Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry in clinical chemistry. Clinica Chimica Acta. 337 (1), 11-21 (2003).
- Harvey, D. J. Matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry of carbohydrates. Mass Spectrometry Reviews. 18 (6), 349-450 (1999).
- Ciucanu, I., Kerek, F. A simple and rapid method for the permethylation of carbohydrates. Carbohydrate Research. 131 (2), 209-217 (1984).
- Lamari, F. N., Kuhn, R., Karamanos, N. K. Derivatization of carbohydrates for chromatographic, electrophoretic and mass spectrometric structure analysis. Journal of Chromatography B. 793 (1), 15-36 (2003).
- Nishikaze, T., Amano, J. Reverse thin layer method for enhanced ion yield of oligosaccharides in matrix-assisted laser desorption/ionization. Rapid Communications in Mass Spectrometry. 23 (23), 3787-3794 (2009).
- Williams, T. I., Saggese, D. A., Wilcox, R. J., Martin, J. D., Muddiman, D. C. Effect of matrix crystal structure on ion abundance of carbohydrates by matrix-assisted laser desorption/ionization Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry. Rapid Communications in Mass Spectrometry. 21 (5), 807-811 (2007).
- Nicola, A. J., Gusev, A. I., Proctor, A., Jackson, E. K., Hercules, D. M. Application of the fast-evaporation sample preparation method for improving quantification of angiotensin II by matrix-assisted laser desorption/ionization. Rapid Communications in Mass Spectrometry. 9 (12), 1164-1171 (1995).
- Lai, Y. H., et al. Reducing Spatial Heterogeneity of MALDI Samples with Marangoni Flows During Sample Preparation. Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 27 (8), 1314-1321 (2016).
- Ou, Y. -. M., et al. Preparation of Homogeneous MALDI Samples for Quantitative Applications. Journal of Visualized Experiments. (116), e54409 (2016).
- Lee, H., et al. Enhancing carbohydrate ion yield by controlling crystalline structures in matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry. Analytica Chimica Acta. , 49-55 (2017).
- Allwood, D. A., Perera, I. K., Perkins, J., Dyer, P. E., Oldershaw, G. A. Preparation of ‘near’ homogeneous samples for the analysis of matrix-assisted laser desorption/ionisation processes. Applied Surface Science. 103 (3), 231-244 (1996).
- Sadeghi, M., Vertes, A. Crystallite size dependence of volatilization in matrix-assisted laser desorption ionization. Applied Surface Science. 127 (Supplement C), 226-234 (1998).
