The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
This translation into Russian was automatically generated through Google Translate.
English Version | Other Languages
1Department of Pharmaceutical Biosciences, Uppsala University, 2Department of Chemical and Biological Engineering, Chalmers University of Technology
Hanrieder, J., Ljungdahl, A., Andersson, M. MALDI Imaging Mass Spectrometry of Neuropeptides in Parkinson's Disease. J. Vis. Exp. (60), e3445, doi:10.3791/3445 (2012).
Протокол настраивается для статистического анализа данных МСМ MALDI из нескольких разделов мозга крысы, как правило, 20-30 секций и состоит из пяти различных этапов подготовки включает ткани, матрица приложения, MALDI-TOF MS анализа, оценки данных, а также нейропептида идентификации. Процедуры изложены и описаны более подробно описано ниже:
1. Ткань подготовки
Эта процедура включает в себя сбор соответствующих образцов тканей, а также ткани срезов для анализа IMS. Конкретной цели белков и пептидов анализа, чтобы избежать протеолитической деградации. Поэтому очень важно работать быстро и прилежным в ткани вскрытия.
2. Матрица применение
Матрица применениешаг оказывает существенное влияние на спектр и качество требует оптимизации нескольких параметров в зависимости от вида ткани, а также аналита интерес. Эти факторы включают в себя химические параметры, такие как тип матрицы, матрица концентрации, рН, ткани мытья и органических модификаторов, а также инструментальные параметры, включая месторождения объем, боковые разрешение и количество отложений 10 (рис. 2). Для больших экспериментов масштабе, очень важно, чтобы уменьшить дисперсию, например, путем применения матрицы для всех слоев в один день и одним и тем же оператором. Хотя существует много стратегий применяется матрица решений, таких как сублимацией или распылением, автоматизированные осаждения массивов мелких капель матрица, около 100-150 пиколитра в размере, успешно используется для анализа небольших белков и нейропептидов в различных тканях , в том числе мозга разделы 9, 10,11, 12, 13.
3. MALDI MS сбора и обработки данных
MS анализа нейропептидов выполняется на время MALDI полета инструмента (Ultraflex II, Bruker Daltonics, Германия), работающей в режиме отражателя, используя программное обеспечение помощи сбора данных от каждого отдельного места матрицу 14. Поэтому точное пространственное обучение является обязательным условием. Важно, что оптимизация MALDI, приобретение и особенно эксперименты цель регистрации осуществляется одним и тем же оператором, желательно, быть ослепленным экспериментальной группы. В больших масштабах эксперимента с несколькими слайдами стекла, MALDI эксперименты могут быть выполнены одним оператором в то время как другой человек работает принтер химических струйной печати.
4. Оценка данных
Окончательная оценка данных включает в себя обработку данных и данных после сокращения внимания только на пике информации, после статистического анализа.
5. Пептида идентификации
Последовательность проверки наблюдаемых тождества пептид необходимо для того, чтобы заключить биологической значимости. Наиболее точный подход включает истинно сверху вниз определения непосредственно от ткани с помощью пептидных фрагментации с помощью тандемной масс-спектрометрии (MS / MS), хотя высокая концентрация пептида, необходимые для такого анализа 12,13. При низких обильные пептидов или пептиды с несколькими Клосает / г значения (± 0,5%), на анализ ткани нарушается и с анализом ткани с помощью peptidomic стратегия используется, что включает в себя добычу, выделения и идентификации на основе MS эндогенных нейропептидов. Для эксперимента, представленные здесь, в центре внимания был на опиоидные обнаружения пептида, который является особой проблемой, так как эти пептиды являются достаточно низкими по сравнению с обильным других нейропептидов в спектрах. Кроме того, эти пептиды являются полярными, а что делает их относительно гидрофильных и трудно сохранить с общей добычей пептида и методов разделения .. Поэтому мы применяли ранее протокол для извлечения тканей и опиоидные prefractionation пептида в сочетании со стандартной LC-MS/MS основана пептида идентификации 9,19.
6. Представитель Результаты
MALDI масс-спектрометрии изображений из полосатой ткани разделов, подготовленных в соответствии с протоколом, описанные здесь привели к обнаружению более 1000 пиков, соответствующих примерно 300 моноизотопный молекулярных (в среднем спектров показална рис. 1). Визуализация данных за выдающийся молекулярный ион пики были достигнуты с помощью программного обеспечения Flex изображений и показал характерный пик распределения интенсивности, которые также в соответствии с анатомическими особенностями (рис. 3). Еще одной особенностью MALDI IMS является его относительная хорошую воспроизводимость. В этом эксперименте, общий коэффициент дисперсии интенсивностей пиков всех обнаруженных молекулярных составил 30%, но многие пики отображается очень низкая изменчивость и высокая воспроизводимость в группах (рис. 4). Относительная интенсивность пика данные из четырех различных регионах, представляющих интерес, в том числе и дорсолатеральной дорсомедиального частью как пораженный и сохранности STRIATA были подвергнуты статистическому анализу. Для того, чтобы настроить для множественных сравнений одновременно, статистический анализ был выполнен с помощью непараметрического тестирования с использованием инструментов SAM 18. Наиболее существенные изменения были обнаружены в дорсолатеральной часть дофамина денервированного, паркинсонизма полосатом теле. Здесь си gnificant изменения между различными группами лечения не наблюдалось в течение двух пептидов динорфина; динорфина B и альфа-neoendorphin (рис.5). В деталях, относительное увеличение интенсивности и динорфином пика на 50-60% наблюдается в высоких дискинезии животных по сравнению с низким дискинезии животных и поражения контроля (р <0,05, F (2, 15) = 12,8 DynB, F = 5.7 aNeo; Рис. 5).

На рис. 1 Средний MS прослеживает получены из двух тесно связанных регионах стриатуме, хвостатое скорлупы (CPU) и прилежащем ядре (NAC). Двух регионов отображения различных профилей MS с некоторыми молекулярных однозначно выражается в одном регионе, или на различных уровнях интенсивности пика (вставка, т / г 2028 г.). Пространственной структуры распределения каждого пика могут быть визуализированы с помощью специализированного ПО для обработки изображений (нижняя панель).
2.jpg "/>
На рисунке 2 (А) мозга устанавливается на криостате патрон использованием вложение средств массовой информации (OTC, стрелка)., Принимаются меры, что внебиржевой не загрязняет области мозга, что секционные с ионной OTC причиной подавления пептидов. (B, C) тонких секций (≈ 12 мкм толщиной) являются оттепели установленный на MALDI совместимы стеклянные пластинки и сушат в течение нескольких секунд, чтобы избежать замораживания ущерб, как показано в С (D) Microtears может быть трудно обнаружить невооруженным глазом , но ухудшают MALDI матриц кристаллизации и уничтожить MALDI MS сигнала. В этом же разделе окрашивали крезиловый фиолетовый показывает microtears и трещин (в нижнем правом микрофотографии).

Рисунок 3. Первым шагом в оценке данных для визуализации различных пиков по всей области масс проанализированы (AI). Здесь полосатой разделы с 9 мышей, полученную с использованием MALDI MS. Визуализация среднего общего яна ток выявить области заметно высокой или низкой интенсивности ионного (стрелки). Эти области могут быть затронуты более или недостаточно нормализации эффекты и искажать данные анализа ущерба для результата. Плохо анатомические определения пик распределения выявить участки с низким пиком в целом сигнал-шум, например, разделы 3 и 9, пики F по I.

Рисунок 4. MS воспроизводимость между группами лечения можно оценить путем вычисления среднего MS след и стандартные ошибки для каждого т / г значение (вставки, м / з 722 и 1749). Хорошая воспроизводимость обеспечивает действительно статистического анализа.
Рисунок 5. Динорфина B и альфа-neoendorphin пик интенсивности значительно увеличился в 6-OHDA-Пораженный, паркинсонизма, стриатуме высокой дискинезии животных (HD; стрелки) по сравнению с низким дискинезии (LD) и поражение контрольной группе (ТК). Пептиды пиковой интенсивности в виде среднем раз изменения интактной стороне ± SEM (поражение / интактной стороне). * Р <0,05; сх коры; вв мозолистого тела. Шкала бар 5 мм.
Есть несколько преимуществ использования изображений MALDI масс-спектрометрии в исследовании нейропептидов. Непредвзятый анализ данных MS могу сообщить, что только определенные мозга ядер, или, как в результаты, представленные здесь, где только дорсолатеральной части полосатого тела связана с определенным патофизиологические состояния. Сохраняя пространственную информацию, тогда можно переопределить регионах, представляющих интерес для выполнения статистического анализа с высокой чувствительностью и более низкая вариабельность по сравнению с анализом целые разделы мозга или с помощью традиционных исследований peptidomics на пептидных экстрактов. Кроме того, важно понимать, MALDI IMS легко может обнаружить неизвестные ранее пост-трансляционной модификации, но и структурного анализа должны следовать, чтобы определить точное аминокислот в позициях, которые были изменены.
Распространенные ошибки в визуализации MALDI IMS данные включают отображение максимальной интенсивности пика линейных оптических шкале от блACK (0%) до цвета (100%) для каждого раздела в серии опытов (рис. 3), а отображение всех разделов общей абсолютной шкале, где 100% максимальной интенсивности пика всех разделов (рис. 5) . Последний метод позволяет сравнивать группы и визуализации данных различий между группами лечения.
Основным препятствием в анализ MALDI IMS является предоставление пептидов конкретные пики массы. На ткани тандем-масс-спектрометрии, иногда можно, но часто оказывается довольно сложно 13,14. Мы считаем, что более традиционного подхода, в том числе фракционирования препаративной на сильном катионообменной хроматографии с последующей обратной LC-MS/MS фаза может быть успешно использованы для последовательности многих нейропептидов и особенно опиоидных пептидов. До сих пор не редкость, чтобы получить хорошее качество MS / MS спектры, что не соответствует ни записей в базе данных с помощью обычных поисковых систем, таких, как талисман. В этих случаях де-Ново-последовательность на руку ONLУ варианта. Окончательное доказательство пик идентичность может быть получен MALDI IMS в срезах тканей с соответствующей мыши нокаутом, но это не всегда доступны или возможности. В качестве альтернативы можно проверить результаты диаметрально другой метод, например, западную иммуноблоттинга и иммуногистохимии. Это может часто включают в себя повышение антител и значительный объем работы, проверка новых антител.
Общей стратегии, представленные в этом протокол оптимизирован для крупномасштабных экспериментов MALDI нейропептида IMS в том числе несколько разделов и условий эксперимента. Протокол был оптимизирован специально для опиоидных пептидов и будет иметь большое влияние в будущих исследованиях, как, занятых в различных областях исследований, включая механизмы, лежащие боль и эндогенные реакции на препараты наркомании.
Авторы не имеют ничего раскрывать.
Мы благодарим Ханна Warner за вклад данные для 3 и профессор Йонас Бергквист за ценный вклад. Шведский Совет по исследованиям (грант 522-2006-6416 (MA), 521-2007-5407 (MA), Фонда Оке Виберг (MA, JH), Королевской академии шведского наук (MA, JH) и Шведское химическое Общество (JH) с благодарностью за финансовую поддержку.