Undersøgelse af Xenobiotics Metabolisme I Salix alba Blade via Massespektrometri Imaging
Summary
Denne metode bruger massespektrometribilleddannelse (MSI) til at forstå metaboliske processer i S. alba blade, når de udsættes for xenobiotika. Metoden gør det muligt at lokalisere forbindelser af interesse og deres forudsagte metabolitter inden for specifikke, intakte væv.
Abstract
Den fremlagte metode anvender massespektrometribilleddannelse (MSI) til at fastslå den metaboliske profil af S. alba blade, når de udsættes for xenobiotika. Ved hjælp af en ikke-målrettet tilgang identificeres og lokaliseres plantemetabolitter og xenobiotika i plantevæv for at afdække specifikke distributionsmønstre. Derefter udføres der i silicoforudsigelse af potentielle metabolitter (dvs. katabolitter og konjugatter) fra de identificerede xenobiotika. Når en xenobiotisk metabolit er placeret i vævet, registreres den type enzym, der er involveret i dens ændring af planten. Disse resultater blev brugt til at beskrive forskellige typer af biologiske reaktioner, der forekommer i S. alba blade som reaktion på xenobiotisk akkumulering i bladene. Metabolitterne blev forudsagt i to generationer, hvilket gjorde det muligt at dokumentere successive biologiske reaktioner for at omdanne xenobiotika i bladvævet.
Introduction
Xenobiotics er bredt fordelt over hele verden på grund af menneskelige aktiviteter. Nogle af disse forbindelser er vandopløselige og absorberes af jord1og kommer ind i fødekæden , når de akkumuleres i plantevæv2,3,4. Planterne spises af insekter og planteædere, som er bytte for andre organismer. Indtagelsen af nogle xenobiotika og deres indvirkning på en plantes sundhed er blevet beskrevet5,6,7,8, men først for nylig på vævsniveau9. Derfor er det stadig uklart, hvor eller hvordan metabolismen af xenobiotika opstår, eller hvis specifikke plantemetabolitter er korreleret med xenobiotisk akkumulering i specifikke væv10. Desuden har de fleste forskning overset metabolismen af xenobiotika og deres metabolitter i planter, så lidt er kendt om disse reaktioner i plantevæv.
Foreslået her er en metode til at undersøge enzymatiske reaktioner i biologiske prøver, der kan være forbundet med væv lokalisering af substrater og produkter af reaktionerne. Metoden kan tegne den komplette metaboliske profil af en biologisk prøve i et forsøg, da analysen ikke er målrettet og kan undersøges ved hjælp af brugerdefinerede lister over analysater af interesse. Forudsat er en liste over kandidater spores i det oprindelige datasæt. Hvis der noteres en eller flere analysater af interesse i prøven, kan den specifikke vævslokalisering give vigtige oplysninger om de relaterede biologiske processer. De pågældende analysikater kan derefter ændres i silico ved hjælp af relevante biologiske love for at søge efter mulige produkter /metabolitter. Listen over opnåede metabolitter bruges derefter til at analysere de oprindelige data ved at identificere de involverede enzymer og lokalisere reaktionerne i vævene og dermed hjælpe med at forstå de forekommende metaboliske processer. Ingen anden metode giver oplysninger om de typer reaktioner, der forekommer i de biologiske prøver, lokaliseringen af de forbindelser af interesse, og deres relaterede metabolitter. Denne metode kan anvendes på enhver form for biologisk materiale, når friske og intakte væv er tilgængelige, og de forbindelser af interesse kan ioniseres. Den foreslåede protokol blev offentliggjort i Villette et al.12 og er her beskrevet til brug for det videnskabelige samfund.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den kritiske del af denne protokol er prøveforberedelsen: Prøven skal være blød og intakt. Skæring er den sværeste del, da prøvens temperatur og tykkelse kan variere afhængigt af den undersøgte type prøve. Dyrevæv er normalt homogene og lettere at skære. Planteprøver indeholder ofte forskellige strukturer og er derfor vanskeligere at holde intakte, da bladet støder på blødt, hårdt eller tomt vaskulært væv. Det anbefales stærkt at bruge frisk væv, når du arbejder med planteprøver for at undgå danne…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi takker Charles Pineau, Mélanie Lagarrigue og Régis Lavigne for deres tips og tricks vedrørende prøveforberedelse til MALDI-billeddannelse af planteprøver.
Materials
| Cover slips | Bruker Daltonics | 267942 | |
| Cryomicrotome | Thermo Scientific | ||
| Excel | Microsoft corporation | ||
| flexImaging | Bruker Daltonics | ||
| ftmsControl | Bruker Daltonics | ||
| GTX primescan | GX Microscopes | ||
| HCCA MALDI matrix | Bruker Daltonics | 8201344 | |
| ImagePrep | Bruker Daltonics | ||
| ITO-coated slides | Bruker Daltonics | 237001 | |
| M1-embedding matrix | ThermoScientific | 1310 | |
| Metabolite Predict | Bruker Daltonics | ||
| Metaboscape | Bruker Daltonics | ||
| Methanol | Fisher Chemicals | No specific reference needed | |
| MX 35 Ultra blades | Thermo Scientific | 15835682 | |
| Plastic molds | No specific reference needed | ||
| SCiLS Lab | Bruker Daltonics | ||
| SolariX XR 7Tesla | Bruker Daltonics | The method proposed is not limited to this instrument | |
| Spray sheets for ImagePrep | Bruker Daltonics | 8261614 | |
| TFA | Sigma Aldrich | No specific reference needed |
References
- Zhang, D., Gersberg, R. M., Ng, W. J., Tan, S. K. Removal of pharmaceuticals and personal care products in aquatic plant-based systems: A review. Environmental Pollution. 184, 620-639 (2014).
- Adeel, M., Song, X., Wang, Y., Francis, D., Yang, Y. Environmental impact of estrogens on human, animal and plant life: A critical review. Environment International. 99, 107-119 (2017).
- Prosser, R. S., Sibley, P. K. Human health risk assessment of pharmaceuticals and personal care products in plant tissue due to biosolids and manure amendments, and wastewater irrigation. Environment International. 75, 223-233 (2015).
- Wang, J., et al. Application of biochar to soils may result in plant contamination and human cancer risk due to exposure of polycyclic aromatic hydrocarbons. Environment International. 121, 169-177 (2018).
- Marsik, P., et al. Metabolism of ibuprofen in higher plants: A model Arabidopsis thaliana cell suspension culture system. Environmental Pollution. 220, 383-392 (2017).
- He, Y., et al. Metabolism of ibuprofen by Phragmites australis: uptake and phytodegradation. Environmental Science and Technology. 51 (8), 4576-4584 (2017).
- Huber, C., Bartha, B., Harpaintner, R., Schröder, P. Metabolism of acetaminophen (paracetamol) in plants-two independent pathways result in the formation of a glutathione and a glucose conjugate. Environmental Science and Pollution Research. 16 (2), 206-213 (2009).
- Thomas, F., Cébron, A. Short-term rhizosphere effect on available carbon sources, phenanthrene degradation, and active microbiome in an aged-contaminated industrial soil. Frontiers in Microbiology. 7, 1-15 (2016).
- Villette, C., et al. In situ localization of micropollutants and associated stress response in Populus nigra leaves. Environment International. 126, 523-532 (2019).
- Sandermann, H. Plant metabolism of organic xenobiotics. Status and prospects of the ‘Green Liver’ concept. Plant Biotechnology and In Vitro Biology in the 21st Century. , 321-328 (1999).
- Sula, B., Deveci, E., Özevren, H., Ekinci, C., Elbey, B. Immunohistochemical and histopathological changes in the skin of rats after administration of lead acetate. International Journal of Morphology. 34 (3), 918-922 (2016).
- Villette, C., Maurer, L., Wanko, A., Heintz, D. Xenobiotics metabolization in Salix alba leaves uncovered by mass spectrometry imaging. Metabolomics. 15, 122 (2019).
- 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. Analytical Chemistry. 78 (18), 6448-6456 (2006).
