JoVE Journal > Biology
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Risultati
Discussion
Divulgazioni
Acknowledgements
Materials
Riferimenti
Traduzione automatica
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Biologia

Dithranol als een matrix voor Matrix Assisted Laser desorptie / ionisatie Imaging op een Fourier transform ion cyclotron resonantie spectrometrie

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) is eerder gerapporteerd als een MALDI matrix voor weefsel beeldvorming van kleine moleculen, protocollen voor het gebruik van DT voor de MALDI beeldvorming van endogene lipiden op de oppervlak van het weefsel secties door positieve-ion MALDI-MS op een ultrahoge resolutie quadrupool-FTICR instrument worden hier gegeven.

Abstract

Massaspectrometrie imaging (MSI) bepaalt de ruimtelijke lokalisatie en verspreidingspatroon van verbindingen op het oppervlak van een weefselsectie, meestal via MALDI (matrix-assisted laser desorptie / ionisatie) gebaseerde analytische technieken. Nieuwe matrices voor kleine moleculen MSI, die de analyse van laag molecuulgewicht (MW) verbindingen verbeteren nodig. Deze matrices moeten verhoogde analyt signalen te bieden, terwijl het verminderen van MALDI achtergrond signalen. Bovendien, het gebruik van ultrahoge resolutie instrumenten, zoals Fourier transform ion cyclotron resonantie (FTICR) massaspectrometers, heeft de mogelijkheid om analyt signalen lossen van matrix signalen, en dit kan deels veel problemen in verband met de achtergrond afkomstig van de MALDI overwinnen matrix. De verlaging van de intensiteiten van de metastabiele matrix clusters door FTICR MS kan ook helpen om een ​​deel van de storingen in verband met matrix pieken op andere instrumenten te overwinnen. Hoge-resolutieinstrumenten zoals de FTICR massaspectrometers zijn voordelig omdat ze het verspreidingspatroon van veel stoffen tegelijk kan produceren, terwijl het toch het vertrouwen in de chemische identificaties. Dithranol (DT, 1,8-dihydroxy-9 ,10-dihydroanthracen-9-on) is eerder gerapporteerd als een MALDI matrix voor weefsel beeldvorming. In dit werk, een protocol voor het gebruik van DT voor MALDI beeldvorming van endogene lipiden uit de oppervlakken van weefsel van zoogdieren secties, door positieve-ion MALDI-MS, op een ultrahoge resolutie hybride quadrupool FTICR instrument is verstrekt.

Introduction

Massaspectrometrie imaging (MSI) is een analytische techniek die de ruimtelijke lokalisatie en verspreidingspatroon van verbindingen op het oppervlak van een weefselsectie 1,2. Matrix-assisted laser desorptie / ionisatie (MALDI) MSI voor de analyse van peptiden en eiwitten is gebruikt voor meer dan een decennium en zijn er grote verbeteringen in methoden voor monstervoorbereiding, detectie gevoeligheid, ruimtelijke resolutie, reproduceerbaarheid en dataverwerking 3,4 geweest. Door informatie uit histologisch gekleurde coupes en MSI experimenten pathologen kunnen de verdelingen van specifieke verbindingen correleren met pathofysiologisch interessante eigenschappen 5.

Het distributiepatroon van kleine moleculen, waaronder exogene drugs 6,7 en hun metabolieten 8-10 zijn ook ondervraagd door MALDI-MS weefsel beeldvorming 11. Lipiden zijn misschien wel de meest bestudeerde class van verbindingen met MALDI beeldvorming, zowel in de MS-12-17 en MS / MS 18 modes. Het gebruik van MALDI MSI kleine molecule beeldvorming beperkt door verscheidene factoren: 1) MALDI matrices zelf kleine moleculen (meestal m / z <500), die voorkomende ion signalen te genereren. Deze overvloedige signalen kunnen de ionisatie van kleine moleculen te analyseren onderdrukken en interfereren met hun detectie 19,20. Oplosmiddelvrije matrix coating 21, sublimatie matrix 22 en matrix vooraf bekleed MALDI MS 23 onder meer ontwikkeld om MSI kleine moleculen verbeteren.

Nieuwe matrices die de analyse van lage-MW verbindingen kunnen verbeteren, zijn van groot belang in klein-molecule MSI. Deze matrices moeten verhoogde analyt signalen met een verminderde matrix signalen. In de positieve-ion modus, 2,5-dihydroxybenzoëzuur (DHB) en α-cyaan-4-hydroxykaneelzuur (CHCA) zijn twee veelgebruikte MALDI MS matrices voor MSI 24 </sup>. De ideale matrix zou kleine kristallen te vormen, teneinde de ruimtelijke lokalisatie van de analyten te behouden. DHB neiging om grotere kristallen te vormen derhalve de toepassing van de matrix met sublimatie ontwikkeld gedeeltelijk ondervangen dit probleem en heeft het mogelijk het gebruik van deze matrix beeldvormend fosfolipiden 22,25. 9-aminoacridine is gebruikt voor MSI protische analyten in de positieve ion modus 26 en nucleotiden en fosfolipiden in de negatieve ion modus 26-29. 2-Mercaptobenzothiazole is gevonden efficiënte MALDI detectie van lipiden 30 geven, en is gebruikt voor de beeldvorming van muizenhersenen gangliosiden 31. De ultrahoge resolutie van Fourier transform ion cyclotron resonance (FTICR) massaspectrometers enigszins kan verlichten dit probleem op te lossen analyt signalen van matrix signalen 32. Een ander voordeel van het gebruik van FTICR-MS is dat de intensiteiten van de metastabiele matrix clusters verlaginged 33, waardoor ook deze storingen 27.

Het gebruik van dithranol (DT, 1,8-dihydroxy-9 ,10-dihydroanthracen-9-on) als een MALDI matrix weefselweergave eerder gemeld 34. In deze huidige werk is een gedetailleerd protocol waarin het gebruik van DT voor de MSI van endogene lipiden op de oppervlakken van runderlens weefselsecties, in de positieve ion modus.

Protocol

1. Tissue Snijden Flash-vries de specimens probleem, eenmaal geoogst, met behulp van vloeibare stikstof, versturen ze op droog ijs (of de scheepvaart nodig is), en bewaar ze bij -80 ° C tot weefsel snijden. (Als commerciële monsters worden gebruikt, zodat de monsters worden op deze manier bereid.) Snijd organen bij een beheersbare omvang van de MALDI doelgroep passen. Snij ongewenste delen van het orgel. Voor deze studie hier beschreven, zouden runder kalf lenzen decapsulated met behulp van een ee…

Representative Results

Weefselmonsters die coupes en dooi gemonteerd op de ITO gecoat glas dia's moeten intact zijn, zonder zichtbare scheuren. Voor veel weefsels, directe weefsel dooi montage op een ITO gecoat glas dia is aanvaardbaar. Voor sommige specifieke weefsels zoals runderen lens, wordt uitgebreid scheuren van het weefsel vaak gezien als directe dooi montage wordt gebruikt (figuur 1a). Voorcoating van de ITO glasplaatje met ethanol of mierenzuur (figuur 1b) helpt om de integriteit van de we…

Discussion

De belangrijkste overwegingen voor een succesvolle MALDI MSI zijn: 1) de voorbereiding weefsel, 2) matrix keuze; 3) matrix toepassing, en 4) interpretatie van gegevens en analyse. Als het monster en de matrix passende wijze bereid, wordt het MS data acquisitie geautomatiseerd. De gegevensanalyse van dergelijke experimenten is vrij arbeidsintensief.

Geschikte weefsels voorbereiding is cruciaal voor een succesvolle MALDI MSI experimenten. De bron van het weefsel en de behandeling kan een grote…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

De auteurs willen graag Genome Canada en Genome British Columbia erkennen voor platform financiering en ondersteuning. We danken ook Dr Carol E. Parker voor kritische beoordeling van het manuscript en bewerken van hulp. CHL dankt ook de British Columbia Proteomics Netwerk voor ondersteuning.

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

Riferimenti

  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/it/50733?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citazione di questo articolo
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).
Scarica citazione
Ristampe e autorizzazioni

View Video

✖

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

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image