JoVE Journal > Biology
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Risultati
Discussion
Divulgazioni
Acknowledgements
Materials
Riferimenti
Traduzione automatica
Biologia

Dithranol som en matrise for Matrix Assisted Laser desorpsjon / Ionization Imaging på en Fourier Transform Ion syklotron Resonans Mass Spectrometer

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-dihydroksy-9 ,10-dihydroanthracen-9-on) er tidligere blitt rapportert som en MALDI matriks for vev avbildning av små molekyler, protokoller for anvendelse av DT for MALDI avbildning av endogene lipider på overflaten av vevssnitt av positiv-ion MALDI-MS på en ultrahøy oppløsning kvadrupole-FTICR instrument er gitt her.

Abstract

Massespektrometri imaging (MSI) bestemmer hvilke romlige lokalisering-og fordelingsmønster av forbindelser på overflaten av et vev-delen, hovedsakelig ved hjelp av MALDI (matrix assistert laser desorpsjon / ionisering)-basert analyseteknikker. Nye matriser for små-molekyl MSI, som kan forbedre analysen av lav-molekylvekt (MW) forbindelser, er nødvendig. Disse matrisene skal gi økt analyse signaler samtidig redusere MALDI bakgrunnssignaler. I tillegg, ved bruk av instrumenter ultrahøy oppløsning, for eksempel Fourier transform ion syklotron resonans (FTICR) massespektrometre, har evnen til å løse analytt signaler fra matrise-signaler, og dette kan delvis overvinnes mange problemer forbundet med bakgrunnen som stammer fra MALDI matrise. Reduksjonen i intensitetene av de metastabile matrise klynger av FTICR MS kan også bidra til å overvinne noen av de forstyrrelser i forbindelse med matriks-topper på andre instrumenter. Høyoppløseliginstrumenter som de FTICR massespektrometre er en fordel som de kan produsere distribusjon mønstre av mange forbindelser samtidig samtidig som du får tillit til kjemiske identifikasjoner. Dithranol (DT, 1,8-dihydroksy-9 ,10-dihydroanthracen-9-on) er tidligere blitt rapportert som en MALDI matriks for vev avbildning. I dette arbeidet, en protokoll for anvendelse av DT for MALDI avbildning av endogene lipider fra overflaten av pattedyr vevssnitt, ved positiv-ion MALDI-MS, på en ultrahøy oppløsning hybrid kvadrupol FTICR instrument er gitt.

Introduction

Massespektrometri imaging (MSI) er en analytisk teknikk for bestemmelse av den romlige lokalisering-og fordelingsmønster av forbindelser på overflaten av et vev-delen 1,2. Matrix assistert laser desorpsjon / ionisering (MALDI) MSI for analyse av peptider og proteiner har blitt brukt i over et tiår, og det har vært store forbedringer i metoder for prøveopparbeidelse, følsomhet, romlig oppløsning, reproduserbarhet og databehandling 3,4. Ved å kombinere informasjon fra histologisk farget seksjoner og MSI eksperimenter, patologer er i stand til å relatere de fordelinger av spesifikke forbindelser med pathophysiologically interessante funksjoner fem.

Fordelingsmønsteret av små molekyler, inkludert eksogene stoffer 6,7 og deres metabolitter 8-10 har også blitt avhørt av MALDI-MS vev bildebehandling 11. Lipider er kanskje den mest utbredte studert CLAss av forbindelser med MALDI bildebehandling, både i MS 12-17 og MS / MS 18 moduser. Bruken av MALDI MSI for lite molekyl avbildning har vært begrenset av en rekke faktorer: 1) MALDI matriser er selv små molekyler (typisk m / z <500), som genererer rikelig ion signaler. Disse rike signaler kan undertrykke ionisering av små-molekyl analytter og forstyrre deres oppdagelse 19,20. Løsningsmiddel-fri matrisebelegg 21, matrisesublimering 22, og matrise forbelagt MALDI MS 23, blant andre, har blitt utviklet for å forbedre MSI av små molekyler.

Nye matriser som kan forbedre analysen av lav MW forbindelser er av stor interesse for små-molekyl MSI. Disse matrisene skal gi økt analyse signaler med nedsatt matrix signaler. I det positive ion-modus-, 2,5-dihydroksybenzosyre (DHB) og α-cyano-4-hydroxycinnamic syre (CHCA) er de to mest brukte MALDI MS matriser for MSI 24 </sup>. Den ideelle matrisen vil danne små krystaller, slik at de bevarer den romlige lokalisering av analyttene. DHB har en tendens til å danne store krystaller, og derfor å anvende matrisen ved hjelp av sublimering er blitt utviklet for delvis å overvinne dette problem, og har tillatt bruk av denne matrisen for sensitiv avbildning av fosfolipider 22,25. 9-Aminoacridine har vært brukt for MSI av protiske analytter i positiv ion-modus 26 og for nukleotider og fosfolipider i en negativ-ion-modus 26-29. 2-merkaptobenzotiazol har vist seg å gi effektiv MALDI påvisning av lipider 30, og har vært brukt til avbildning av musehjerne gangliosider 31. Den ultrahøy oppløsning på Fourier transform ion syklotronen resonans (FTICR) massespektrometre kan noe avhjelpe dette problemet ved å løse analyse signaler fra matrix signaler 32. En annen fordel ved anvendelse av FTICR-MS, er at intensitetene av de metastabile matrise klyngene er reduked 33, noe som også reduserer disse interferenser 27..

Bruken av Dithranol (DT, 1,8-dihydroksy-9 ,10-dihydroanthracen-9-on) som et MALDI matriks for vev avbildning har tidligere blitt rapportert 34.. I denne aktuelle arbeidet, er en detaljert protokoll tilgjengelig for bruk av DT for MSI av endogene lipider på overflatene av bovin linse vevssnitt, i positiv ion-modus.

Protocol

En. Tissue Seksjonering Flash-fryse emisjons prøver, en gang høstet, ved hjelp av flytende nitrogen, sende dem på tørris (hvis frakt er nødvendig), og lagre dem på -80 ° C til vev seksjonering. (Hvis kommersielle prøvene, må du kontrollere at prøvene er forberedt på denne måten.) Skjær organer til en håndterlig størrelse for å passe på MALDI målet. Trim av eventuelle uønskede deler av orgelet. For denne studien er beskrevet her, ble storfe kalv linser Decapsulated ved hjelp av en …

Representative Results

Vevsprøver som er seksjonert og tine montert på ITO belagt glassplater skal være intakt, uten synlig rive. For mange vev, er direkte vev tine montering på en ITO belagt glass slide akseptabelt. For noen spesielle vev som bovin linse, er omfattende opprivning av vev ofte sees ved direkte tine montering benyttes (fig. 1a). Pre-belagt på ITO glass-slide med etanol eller maursyre (Figur 1b) bidrar til å opprettholde integriteten til vevet seksjoner under vev montering. <p cl…

Discussion

De viktigste betraktninger for vellykket MALDI MSI er: 1) vevspreparat, 2) matrisen valg, 3) matrise applikasjon, og 4) data tolkning og analyse. Når prøven og matrisen er hensiktsmessig fremstilt, blir MS datainnsamling automatisert. Dataanalysen fra denne type eksperiment er ganske arbeidskrevende.

Passende vev forberedelse er avgjørende for vellykkede MALDI MSI eksperimenter. Kilden for vev og håndteringen kan ha en stor innvirkning på den endelige analysen. Prøvene må være umidde…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Forfatterne ønsker å takke Genome Canada og Genome British Columbia for finansiering plattform, og støtte. Vi vil også takke Dr. Carol E. Parker for kritisk gjennomgang av manuskriptet og redigering assistanse. CHL også takket British Columbia Proteomikk Nettverk for støtte.

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