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

Bir Fourier Matrix Yardımlı Lazer Dezorpsivon / İyonizasyon Görüntüleme için bir Matrix olarak ditranol İyon Cyclotron Rezonans Kütle Spektrometresi Dönüşümü

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

Ditranol (DT, 1,8-dihidroksi-9 ,10-dihydroanthracen-9-on) daha küçük moleküllerin doku görüntüleme için bir MALDI matris olarak bildirilmiştir; üzerinde endojen lipidlerin MALDI görüntüleme için DT kullanımı için protokoller Bir ultra çözünürlüklü kuadrupol-FTICR alet üzerinde pozitif iyon MALDI-MS tarafından doku kesitlerinin yüzey burada verilmektedir.

Abstract

Kütle spektrometrisi görüntüleme (MSI) esas olarak MALDI (matris destekli lazer desorpsiyon / iyonizasyon) dayalı analitik teknikler kullanılarak, bir doku bölümü yüzeyinde bileşiklerin uzamsal lokalizasyonu ve dağılım özellikleri tespit eder. Düşük moleküler ağırlıklı (MW) bileşiklerinin analizini geliştirmek küçük moleküllü MSI için yeni matrisler, ihtiyaç vardır. MALDI arka plan sinyallerini düşürürken Bu matrisler artan analit sinyalleri vermelidir. Ayrıca, Fourier gibi ultra yüksek çözünürlüklü araçların kullanımı iyonsiklotron rezonans (FTICR) kütle spektrometre, dönüşümü matris sinyallerinden analit sinyallerini çözmek için yeteneğine sahiptir, ve bu kısmen plan MALDI kaynaklanan ile ilgili birçok sorunları aşabiliriz matrisi. FTICR MS ile metastabl öbeklerden yoğunluklarındaki azalma da diğer araçlar ile ilgili matris zirveleri ile ilgili etkileşimler bazılarının üstesinden gelmek için yardımcı olabilir. Yüksek çözünürlüklühala kimyasal tespitlerle güven sağlarken aynı anda birçok bileşiklerin dağılımı desen üretebilir gibi FTICR kütle spektrometre gibi enstrümanlar avantajlıdır. Ditranol (DT, 1,8-dihidroksi-9 ,10-dihydroanthracen-9-on), daha önce doku görüntüleme için bir MALDI matris olarak bildirilmiştir. Bu çalışmada, pozitif-iyon MALDI-MS ile memeli doku bölümlerinin yüzeylerinden endojen lipidlerin MALDI görüntüleme için, DT kullanımı için bir protokol, bir ultra yüksek çözünürlüklü bir hibrid bir dört kat üzerinde FTICR araç temin edilmiştir.

Introduction

Kütle spektrometrisi görüntüleme (MSI) bir doku bölümü 1,2 yüzeyinde bileşiklerin uzamsal lokalizasyonu ve dağıtım modellerini belirlemek için bir analitik tekniktir. Peptitler ve proteinlerin analizi için matris destekli lazer desorpsiyon / iyonizasyon (MALDI) MSI bir on yıl için kullanılır olmuştur ve numune hazırlama, algılama hassasiyeti, uzaysal çözünürlüğü, tekrarlanabilirlik ve veri işleme 3,4 yöntemleri büyük gelişmeler olmuştur. Histolojik boyanan kesitler ve MSI deneylerden bilgileri birleştirerek, patologlar patafizyolojik ilginç özellikleri 5 spesifik bileşiklerin dağılımları ilişkilendirmek mümkün.

Eksojen uyuşturucu 6,7 ve metabolitleri 8-10 gibi küçük moleküllerin dağılımları da MALDI-MS doku görüntüleme 11 tarafından sorguya edilmiştir. Lipidler belki de en çok çalışılan cla vardırMS 12-17 ve MS / MS 18 modlarında MALDI görüntüleme ile bileşiklerin ss. Küçük molekül görüntüleme için MALDI MSI kullanılması çeşitli faktörler tarafından kısıtlı olmuştur: 1) MALDI matrislerin kendileri bol iyon sinyalleri üretmek küçük moleküller (tipik m / z <500) vardır. Bu bol sinyaller küçük moleküllü analitlerin iyonizasyonu bastırmak ve algılama ,19,20 engelleyebilir. Solvent içermeyen kaplama matris 21, matrix süblime 22 ve MALDI MS 23 önceden kaplanmış matris, diğerleri arasında, küçük moleküllerin MSI geliştirmek için geliştirilmiştir.

Düşük MW bileşiklerin analizini artırabilir yeni matrisler küçük molekül MSI büyük ilgi vardır. Bu matrisler azalma matris sinyalleri ile artan bir analit sinyaller sağlamalıdır. Pozitif iyon modunda, 2,5-dihidroksibenzoik asit (DHB) ve α-siyano-4-hidroksisinamik asit (CHCA) MSI 24 için yaygın olarak kullanılan iki MALDI MS matrisleridir </sup>. Analitlerin uzamsal lokalizasyonu korumak üzere ideal bir matris, küçük kristaller oluşturmak olacaktır. DHB nedenle süblimasyon ile matris kısmen bu sorunun üstesinden gelmek için geliştirilmiştir ve fosfolipid 22,25 hassas görüntüleme için bu matrisin kullanımı sağladı uygulanması daha büyük kristaller oluşturma eğilimindedir. 9-aminoakridin'in pozitif-iyon modunda 26 ve negatif iyon modunda 26-29 nükleotid ve fosfolipid protik analitlerin MSI için kullanılmıştır. 2-merkaptobenzotiazol lipid 30 verimli MALDI algılama vermek bulunmuştur ve fare beyin görüntüleme 31, gangliosidler için kullanılmıştır. Fourier, ultra yüksek çözünürlüklü iyonsiklotron rezonans (FTICR) dönüşümü kütle spektrometre biraz matris sinyallerine 32 analit sinyalleri çözerek bu sorunu hafifletmek olabilir. FTICR-MS kullanımının bir başka avantajı, metastabil öbeklerden yoğunluğu azaltma olmasıdırAyrıca, bu parazitlerin 27 azaltır ed 33.

Ditranol kullanılması (DT, 1,8-dihidroksi-9 ,10-dihydroanthracen-9-on) doku görüntüleme için bir MALDI matris 34, daha önce rapor edildiği gibi. Bu mevcut çalışmaları olarak, ayrıntılı bir protokol pozitif-iyon modunda, sığır lens doku bölümlerinin yüzeylerine endojen lipidlerin MSI DT kullanımı için sağlanır.

Protocol

1.. Doku Bölünmesi , Sıvı azot kullanılarak, bir kez hasat sorunu örnekleri, flaş dondurma (nakliye gerekiyorsa) kuru buz üzerinde gemi ve doku kesit kadar -80 ° C'de saklayın. (Ticari numuneler kullanıldığında, numuneler Bu şekilde hazırlanan olduğundan emin olun.) MALDI hedef sığdırmak için yönetilebilir bir boyutta organları kesilmiş. Organın istenmeyen kısımlarını keserek. Burada tarif edilen bu çalışma için, buzağı lensler doku kesit önce, daha önce tari…

Representative Results

ITO kaplı cam slaytlar üzerine kesitli ve çözülme monte edilmiş doku örnekleri görünür yırtılma olmadan, sağlam olmalıdır. Birçok doku için, bir ITO kaplı cam slayt üzerine monte doğrudan doku çözülme kabul edilebilir. Doğrudan montaj çözülme (Şekil 1a) kullanıldığı zaman, örneğin sığır lens gibi bazı spesifik dokular için, doku geniş yırtılma sık görülür. Etanol veya formik asit ile İTO cam slayt ön kaplamaya tabi tutulması (Şekil 1b),</st…

Discussion

Başarılı MALDI MSI için en önemli hususlar vardır: 1) doku hazırlanması; 2) matris seçim; 3) matris uygulaması ve 4) veri yorumlama ve analizi. Numune ve matris uygun şekilde hazırlandığı zaman, MS verileri elde etme otomatiktir. Deneyin bu tür veri analizi oldukça emek yoğundur.

Uygun doku hazırlanması başarılı MALDI MSI deneyler için çok önemlidir. Doku kaynağı ve işleme son analizde üzerinde büyük bir etkiye sahip olabilir. Numuneler bir metabolitler ° C. …

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Yazarlar platformu finansman ve destek için Genom Kanada ve Genom British Columbia kabul etmek istiyorum. Biz de el yazması ve düzenleme yardım eleştiri Dr Carol E. Parker teşekkür ederim. CHL de destek için teşekkür British Columbia Proteomiks Ağı.

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