JoVE Journal > Biology
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
자동 번역
생물학

Dithranol como Matrix Assisted Laser Matrix para dessorção / ionização de imagem em um Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance 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

Ditranol (DT; 1,8-di-hidroxi-9 ,10-dihydroanthracen-9-ona) foi previamente relatada como uma matriz de DLAMI para a imagiologia de tecido de pequenas moléculas; protocolos para a utilização de DT para a imagiologia de MALDI de lípidos endógenos na superfície de cortes de tecido por positivo-ion MALDI-MS em um ultra-alta resolução quadrupolo-FTICR instrumento são fornecidos aqui.

Abstract

Imagiologia de espectrometria de massa (MSI) determina os padrões de localização e distribuição espacial dos compostos sobre a superfície de uma secção de tecido, utilizando principalmente MALDI (matriz assistida de laser de dessorção / ionização) baseada em técnicas analíticas. São necessárias novas matrizes para pequena molécula MSI, que podem melhorar a análise de baixo peso molecular (MW) compostos. Essas matrizes deve fornecer sinais de analitos aumentou, enquanto a diminuir sinais de fundo MALDI. Além disso, o uso de instrumentos de ultra-alta resolução, tais como a transformada de Fourier de iões ciclotrão ressonância (FTICR) espectrómetros de massa, tem a capacidade de resolver os sinais de analito a partir de sinais de matriz, e este pode superar parcialmente muitos problemas associados com o fundo proveniente da MALDI matriz. A redução nas intensidades dos clusters matriz metaestáveis ​​por FTICR MS também pode ajudar a superar algumas das interferências associadas com picos de matriz de outros instrumentos. De alta resoluçãoinstrumentos, como os espectrômetros de massa FTICR são vantajosas, pois podem produzir padrões de distribuição de muitos compostos simultaneamente enquanto continua a fornecer confiança em identificações químicas. Ditranol (DT; 1,8-di-hidroxi-9 ,10-dihydroanthracen-9-ona) foi previamente relatada como uma matriz de DLAMI para a imagiologia de tecidos. Neste trabalho, um protocolo para a utilização da DT por MALDI imagiologia de lípidos endógenos das superfícies de secções de tecido de mamífero, por positiva de iões de MALDI-MS, de um quadrupolo híbrido ultra-resolução tem sido fornecida instrumento FTICR.

Introduction

Imagiologia de espectrometria de massa (MSI) é uma técnica analítica para determinar os padrões de localização e distribuição espacial dos compostos sobre a superfície de uma secção de tecido de 1,2. Matrix assistida a laser dessorção / ionização (MALDI) MSI para a análise de peptídeos e proteínas tem sido usado por mais de uma década e tem havido grandes melhorias em métodos para a preparação da amostra, a sensibilidade de detecção, resolução espacial, reprodutibilidade e processamento de dados 3,4. Ao combinar informações das secções histologicamente coradas e experimentos MSI, patologistas são capazes de correlacionar as distribuições de compostos específicos, com características interessantes fisiopatologicamente 5.

Os padrões de distribuição de moléculas pequenas, incluindo drogas exógenas 6,7 e seus metabolitos 8-10 também foram interrogados por MALDI-MS imagiologia do tecido 11. Os lipídios são, talvez, o cla mais amplamente estudadoss de compostos com imagens MALDI, tanto em MS 12-17 e MS / MS 18 modos. O uso de MALDI MSI molécula pequena imagem tem sido limitado por vários factores: 1) matrizes MALDI são eles próprios moléculas pequenas (tipicamente de m / z <500), que geram os sinais iónicos abundantes. Estes sinais abundantes pode suprimir a ionização de analitos de pequenas moléculas e interferir com a sua detecção 19,20. Livre de solvente revestimento de matriz 21, matriz de sublimação 22, e matriz de pré-revestidas MALDI MS 23, entre outros, têm sido desenvolvidos para melhorar a MSI de pequenas moléculas.

Novas matrizes que podem melhorar a análise de compostos de baixa MW são de grande interesse na pequena molécula MSI. Estas matrizes devem proporcionar sinais de analitos aumentou com sinais de matriz diminuiu. No modo positivo de iões, 2,5-di-hidroxibenzóico Ácido (DHB) e-4-hidroxicinâmico α-ciano de ácido (CHCA) são os dois comumente utilizadas matrizes de MALDI MS para 24 MSI </sup>. A matriz ideal seria formar pequenos cristais, de modo a preservar a localização espacial dos analitos. DHB tende a formar cristais de maiores dimensões, por conseguinte, a aplicação da matriz usando sublimação foi desenvolvida para ultrapassar parcialmente o problema, e permitiu a utilização desta matriz para imagiologia sensível de fosfolípidos 22,25. 9-aminoacridina foi usado para MSI de analitos próticos no modo positivo de iões 26, e para os nucleótidos e fosfolípidos no modo de ião negativo 26-29. 2-Mercaptobenzotiazole tem sido encontrado para dar detecção MALDI eficiente de lipidos 30, e tem sido utilizado para a imagem do cérebro do rato gangliósidos 31. A resolução ultra-alta de Fourier íon ciclotron de ressonância (FTICR) espectrômetros de massa tanto pode aliviar este problema, resolvendo sinais de analitos a partir de sinais de matriz 32. Outra vantagem do uso de FTICR-MS é que as intensidades dos aglomerados de matriz são metastáveis ​​reduçãoed 33, o que também reduz essas interferências 27.

O uso de ditranol (DT; 1,8-di-hidroxi-9 ,10-dihydroanthracen-9-ona) na forma de uma matriz de DLAMI para a imagiologia de tecidos tem sido previamente reportado 34. No presente trabalho, um protocolo detalhado é fornecida para a utilização de DT para o MSI de lípidos endógenos na superfície das secções de tecido da lente de bovino, no modo de iões positivos.

Protocol

1. Seccionamento Tissue Flash-congelar as amostras de emissão, uma vez colhidas, utilizando nitrogênio líquido, enviá-los em gelo seco (se o transporte for necessário), e armazená-los a -80 ° C até o corte do tecido. (Se forem utilizadas amostras comerciais, assegurar que as amostras são preparadas deste modo.) Corte órgãos para um tamanho gerenciável para atender a meta de MALDI. Apare quaisquer partes não desejadas do órgão. Para este estudo descrito aqui, as lentes de bovino foram …

Representative Results

As amostras de tecido que são seccionadas e degelo montados em lâminas de vidro ITO revestidas devem estar intactos, sem rasgo visível. Para muitos tecidos, descongele tecido direto montagem em uma lâmina de vidro ITO revestido é aceitável. Para alguns tecidos específicos, tais como lentes de bovino, extensa rompimento do tecido, muitas vezes é observado quando degelo montagem directa é utilizado (Figura 1a). De pré-revestimento da placa de vidro ITO com etanol ou ácido fórmico <strong…

Discussion

As considerações mais importantes para o sucesso MALDI MSI são: 1) a preparação do tecido, 2) escolha matriz; 3) aplicação de matriz e 4) interpretação e análise de dados. Quando a amostra e a matriz são adequadamente preparados, a aquisição de dados do MS é automatizado. A análise de dados a partir deste tipo de experiência é bastante trabalhoso.

Preparação do tecido adequado é fundamental para experimentos MALDI MSI sucesso. A fonte de tecido e o tratamento pode ter um …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Os autores gostariam de agradecer Genoma Canadá e Genoma British Columbia para financiamento plataforma e suporte. Agradecemos também a Dra. Carol E. Parker para revisão crítica da assistência manuscrito e edição. CHL também graças a Columbia Proteômica rede britânica de apoio.

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

References

  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

Keywords: MALDI ImagingDithranol MatrixFTICR Mass SpectrometryLow-molecular Weight CompoundsEndogenous Lipids
check_url/kr/50733?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

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

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image