Een efficiënte Sample voorbereiding methode om koolhydraten Ion signalen in Laser Matrix-bijgewoonde desorptie/ionisatie massaspectrometrie
Summary
Een protocol voor het verbeteren van koolhydraten ion signalen in de Spectrometrie van de massa van de MALDI door hervorming kristallijnen structuren tijdens preparatietechnieken voor monster wordt aangetoond.
Abstract
Bereiding van de monsters is een kritische proces in de Spectrometrie van de massa (MS) analyse van koolhydraten. Hoewel laser matrix-bijgewoonde desorptie/ionisatie (MALDI) MS is de methode van keuze in koolhydraten analyse, arme ion signaal en gegevens reproduceerbaarheid van koolhydraten monsters blijven ernstige problemen. Kwantitatieve analyse van koolhydraten is een effectieve analytische protocol bieden superieure datakwaliteit noodzakelijk. Deze video toont monster voorbereiding protocollen ter verbetering van de signaalsterkte en het minimaliseren van gegevens variatie van koolhydraten in MALDI-MS. Na het drogen en kristallisatie van monster druppels, wordt de morfologie van het kristal hervormd door methanol vóór massaspectrometrische analyse. De verhoging in koolhydraten signaal wordt onderzocht met MALDI imaging massaspectrometrie (IMS). Experimentele resultaten tonen aan dat de crystal Reformatie kristallijnen structuren past en koolhydraten analyten herverdeelt. In vergelijking met de gedroogde druppel voorbereiding methode in conventionele MALDI-MS, hervorming koolhydraten crystal morphologies met methanol shows significant beter signaal intensiteit, ion afbeelding distributie en stabiliteit van de gegevens. Aangezien de protocollen blijkt hierin geen veranderingen in de samenstelling van de steekproef, zijn ze over het algemeen van toepassing op verschillende koolhydraten en matrices.
Introduction
Koolhydraten-analyse is een belangrijke en uitdagende onderwerp. Koolhydraten en daarvan afgeleide producten spelen een belangrijke rol in levende organismen1,2,3. Deze moleculen hebben gecompliceerd structuren en zijn vatbaar voor ontleden. Velen van hen kunnen niet duidelijk worden gekenmerkt door problemen in scheiding en opsporing. Hoewel laser matrix-bijgewoonde (MALDI) desorptie/ionisatie massaspectrometrie (MS) is toegepast op de analyse van een breed scala van biomoleculen, vanwege haar gevoeligheid en begrijpelijke resultaten4, blijft analyse van koolhydraten met behulp van MALDI-MS Als een grote uitdaging als gevolg van de lage ionisatie doelmatigheid van dergelijke moleculen5te doen. Chemische bewerking is een gemeenschappelijke manier om de doelmatigheid van de behandeling door ionisering van koolhydraten6,7, maar dergelijke procedures zijn tijd en monster consumeren. Trouwens, de efficiëntie van de behandeling door ionisering van derivatized koolhydraten is nog steeds lager dan dat van eiwitten. Aldus, is de ontwikkeling van methoden ter verbetering van koolhydraten signaal in MALDI-MS zonder ingewikkelde procedures nodig.
De toepassing van MALDI-MS op kwantitatieve analyse is een andere uitdagende onderwerp. Een groot probleem voor MALDI-MS is dat de reproduceerbaarheid van de gevoeligheid en de gegevens kritisch afhankelijk van de sample voorbereiding protocollen en experimentele parameters is. In veel gevallen is kwantitatieve analyse door MALDI-MS onbetrouwbaar als gevolg van heterogene monster morphologies en distributie van de analyt. Een bekend voorbeeld is bereid met een 2,5-dihydroxybenzoic zuur (DHB) MALDI matrix monsters. Wanneer DHB is langzaam gekristalliseerd onder omgevingstemperatuur milieu, is de omvang van de analyt opneming in matrix kristallen onvoorspelbaar, omdat daaruit voortvloeiende monsters onregelmatige morphologies blijkt. Dergelijke monsters bestaan gewoonlijk uit grote naald-vormige en fijne kristallen. Wanneer DHB wordt voorbereid met een vluchtige oplosmiddelen en/of een verwarmde monster plaat, resulteert een snelle droging proces in meer homogene fijne kristallen en betere kwantitatieve resultaten8,–9,10. Deze techniek staat bekend als “herkristallisatie” van sommige monsters. De verbetering wordt toegeschreven aan betere opneming van de analyten in fijne matrix kristallen tijdens de snelle kristallisatie proces. We hebben ook aangetoond dat het aanpassen van de voorbereiding van de voorbeeldomgeving verminderd de heterogeniteit van koolhydraten signaal en betere kwantitatieve resultaten11,12. De bevindingen in deze werken suggereren dat monster morfologie een kritische factor is bij het bepalen van de signaalkwaliteit van koolhydraten. Ontwikkeling van een algemene strategie voor dagelijkse analyse, is een efficiënte monster Reformatie methode bieden verbeterde koolhydraten gevoeligheid verplicht.
Wij hebben de correlatie tussen monster morfologie en koolhydraten gevoeligheid in MALDI-MS in een recent verslag13systematisch onderzocht. De resultaten verkregen met behulp van verschillende belangrijke koolhydraten en matrices Toon dat de beste signaal-verhoging is voldaan door de recrystallizing gedroogd MALDI monsters. De morfologie van monsters die zijn opgesteld in overeenstemming met de conventionele gedroogde druppel (DD) methode wordt hervormd door snelle herkristallisatie met methanol (MeOH). De gedetailleerde monster voorbereiding protocollen worden hier gedemonstreerd. Het protocol bestaat uit drie stappen, met inbegrip van monster plaat conditionering, monster afzetting en herkristallisatie en analyse van de Spectrometrie van de massa. De benutte koolhydraten behoren sialyl-lewis een (SLeA) en maltoheptaose (MH). DHB is gebruikt als een model matrix. Uit de resultaten blijkt dat koolhydraten signaal intensiteit en ruimtelijke spreiding aanzienlijk verbeterd na herkristallisatie. Deze methode kan worden toegepast op monsters met andere populaire matrices, met inbegrip van 2,4,6-trihydroxyacetophenone (THAP) en α– cyano-4-hydroxycinnamic zuur. Deze methode dient als een algemene aanpak die gemakkelijk kan worden geïntegreerd in de routine van het laboratorium voor analyse van koolhydraten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Voorbeeld heterogeniteit is dat een cruciaal probleem in MALDI-MS. DD is het meest gebruikte monster voorbereiding methode, maar de resulterende kristallen zijn zeer heterogeen. Dergelijke monsters blijkt slecht schot-voor-schot en monster-naar-sample signaal reproduceerbaarheid. Daarom is zoeken naar “sweet spots’ in monster gebieden tijdens data-acquisitie een gemeenschappelijke procedure in sommige experimenten. Dergelijke heterogene monsters zijn ongeschikt voor de kwantificering van routinematige analyses.
<p cl…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs hebben geen bevestigingen.
Materials
| Reagent | |||
| Detergent powder | Alconox | 242985 | |
| Methanol | Merck | 106009 | |
| Acetonitrile | Merck | 100003 | |
| 2,5-dihydroxybenzoic acid (DHB) | Alfa Aesar | A11459 | |
| sialyl-lewis A (SLeA) | Sigma-Aldrich | S1782 | |
| Maltoheptaose | Sigma-Aldrich | M7753 | |
| Pipette tips | Mettler Toledo | 17005091 | |
| Microcentrifuge tube | Axygen | MCT-150-C | |
| Equipment | |||
| Milli-Q water purification system | Millipore | ZMQS6VFT1 | |
| Powder-free nitrile gloves | Microflex | SU-690 | |
| 600 mL beaker | Duran | 2110648 | |
| Ultrasonic cleaner | Delta | DC300H | |
| Hygrometer | Wisewind | 5330 | |
| Nitrogen gas flowmeter | Dwyer | RMA-6-SSV | |
| K-type thermocouples | Digitron | 311-1670 | |
| Vortex mixer | Scientific Industries | SI-0236 | |
| Mini centrifuge | Select BioProducts | Force Mini | |
| Pipette | Rainin | pipet-lite XLS | |
| Stereomicroscope | Olympus | SZX16 | |
| Temperature controllable drying chamber | This lab | ||
| Ultraflex II TOF/TOF mass spectrometer | Bruker Daltonics | ||
| MTP 384 target plate polished steel BC | Bruker Daltonics | 8280781 | |
| Flexcontrol Version 3.4 | Bruker Daltonics | Control software | |
| Fleximaging Version 2.1 | Bruker Daltonics | Imaging software | |
| Flexanalysis Version 3.4 | Bruker Daltonics | Analysis software |
References
- Holme, D. J., Peck, H. . Analytical Biochemistry. , (1998).
- Costello, C. E. Time, life … and mass spectrometry – New techniques to address biological questions. Biophysical Chemistry. 68 (1-3), 173-188 (1997).
- Caroff, M., Karibian, D. Structure of bacterial lipopolysaccharides. Carbohydrate Research. 338 (23), 2431-2447 (2003).
- Marvin, L. F., Roberts, M. A., Fay, L. B. Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry in clinical chemistry. Clinica Chimica Acta. 337 (1), 11-21 (2003).
- Harvey, D. J. Matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry of carbohydrates. Mass Spectrometry Reviews. 18 (6), 349-450 (1999).
- Ciucanu, I., Kerek, F. A simple and rapid method for the permethylation of carbohydrates. Carbohydrate Research. 131 (2), 209-217 (1984).
- Lamari, F. N., Kuhn, R., Karamanos, N. K. Derivatization of carbohydrates for chromatographic, electrophoretic and mass spectrometric structure analysis. Journal of Chromatography B. 793 (1), 15-36 (2003).
- Nishikaze, T., Amano, J. Reverse thin layer method for enhanced ion yield of oligosaccharides in matrix-assisted laser desorption/ionization. Rapid Communications in Mass Spectrometry. 23 (23), 3787-3794 (2009).
- Williams, T. I., Saggese, D. A., Wilcox, R. J., Martin, J. D., Muddiman, D. C. Effect of matrix crystal structure on ion abundance of carbohydrates by matrix-assisted laser desorption/ionization Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry. Rapid Communications in Mass Spectrometry. 21 (5), 807-811 (2007).
- Nicola, A. J., Gusev, A. I., Proctor, A., Jackson, E. K., Hercules, D. M. Application of the fast-evaporation sample preparation method for improving quantification of angiotensin II by matrix-assisted laser desorption/ionization. Rapid Communications in Mass Spectrometry. 9 (12), 1164-1171 (1995).
- Lai, Y. H., et al. Reducing Spatial Heterogeneity of MALDI Samples with Marangoni Flows During Sample Preparation. Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 27 (8), 1314-1321 (2016).
- Ou, Y. -. M., et al. Preparation of Homogeneous MALDI Samples for Quantitative Applications. Journal of Visualized Experiments. (116), e54409 (2016).
- Lee, H., et al. Enhancing carbohydrate ion yield by controlling crystalline structures in matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry. Analytica Chimica Acta. , 49-55 (2017).
- Allwood, D. A., Perera, I. K., Perkins, J., Dyer, P. E., Oldershaw, G. A. Preparation of ‘near’ homogeneous samples for the analysis of matrix-assisted laser desorption/ionisation processes. Applied Surface Science. 103 (3), 231-244 (1996).
- Sadeghi, M., Vertes, A. Crystallite size dependence of volatilization in matrix-assisted laser desorption ionization. Applied Surface Science. 127 (Supplement C), 226-234 (1998).
