方法文章

毛细管电泳电喷雾电离质谱法绝对定量肌醇焦磷酸盐

DOI：

10.3791/62847

⸱

2021年8月13日

 ,  ,  , 
1Institute of Organic Chemistry, University of Freiburg, 2Medical Research Council, Laboratory for Molecular Cell Biology, University College London

本文内容

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

描述了毛细管电泳电喷雾电离质谱法用于绝对定量哺乳动物细胞提取物中肌醇焦磷酸盐的程序。

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

肌醇焦磷酸盐（PP-InsPs）是一组重要的细胞内信号分子。这些分子来源于肌醇磷酸盐（InsPs），其特征在于 肌醇环上至少存在一个高能焦磷酸盐部分。它们普遍存在于真核生物中，并作为代谢信使研究磷酸盐稳态、胰岛素敏感性和细胞能量电荷。由于这些代谢物中没有发色团，电荷密度非常高，丰度低，因此它们的分析需要放射性示踪剂，因此复杂且昂贵。在这里，该研究提出了一个详细的方案，通过毛细管电泳电喷雾电离质谱（CE-ESI-MS）对哺乳动物细胞中的肌醇焦磷酸盐进行绝对和高通量定量。该方法能够灵敏地分析哺乳动物细胞中所有生物学相关的PP-InsPs物种，从而实现区域异构体的基线分离。介绍了PP-InsP的绝对细胞浓度，包括次要异构体，并监测了它们在几种实验条件下HCT116细胞中的时间变化。

引言

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自1993年首次发现肌醇焦磷酸盐（PP-InsPs）以来1，2，在阐明其生物合成，周转和功能方面取得了重大进展3。肌醇焦磷酸盐普遍存在于真核细胞4中，并作为代谢信号分子，关键参与磷酸稳态5，6，胰岛素敏感性7，钙振荡8，9，囊泡运输10，细胞凋亡11，DNA修复12，免疫信号13等。肌醇焦磷酸盐控制下的大量重要过程需要更深入地了解它们的细胞丰度、波动和定位。

尽管InsPs和PP-InsPs引起了跨学科的关注，但它们的丰度分析通常使用80年代开发的方法进行，该方法包括用氚化肌醇标记细胞，通过强阴离子交换色谱Sax-HPLC分离提取的PP-InsPs，随后进行闪烁计数。基于质谱的新方法仍然面临重大挑战:具有多达八个磷酸单位的肌醇焦磷酸盐含有磷酸酯和酸酐，导致电离过程中显着的负电荷和潜在的磷酸盐损失。在哺乳动物中发现了四种主要类型的PP-InsPs（图1）:1，5-（PP）2-InsP 4（或1，5-InsP8），5-PP-InsP 5（或5-InsP 7），1-PP-InsP 5（或1-InsP7）和5-PP-Ins（1，3，4，6）P 4（或5-PP-InsP 4）3，14。PP-InsP的生理水平通常在纳米至低微摩尔范围内，其中5-PP-InsP 5最丰富，细胞浓度为0.5-5μM.1，5-（PP）2-InsP 4和1-PP-InsP 5被认为高达5-PP-InsP 5池的10%左右，并且在许多细胞中仍然难以追踪15。具有游离OH基团的5-PP-InsP4的丰度甚至更低，通常只有在氟化钠（NaF）抑制磷酸盐水解酶时才能检测到16。

PP-InsP的高电荷密度使其难以分离，PP-InsP区域异构体的出现使这些工作进一步复杂化。因此，大多数实验依赖于使用[3H]-肌醇对细胞进行代谢放射性标记的定量，因为排除了基质的背景并实现了高灵敏度17，18。然而，该方法成本高昂，耗时，并且无法正确区分相关的PP-InsP区域异构体。此外，[3H]-肌醇标记不考虑从葡萄糖合成的内源性肌醇。基于聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）的方法是一种广泛应用的廉价替代方案，但其灵敏度有限19，20，21，22。其他避免放射性标记的方法已经发表，包括离子色谱，然后是柱后衍生化紫外检测23，亲水作用色谱（HILIC）24或弱阴离子交换（WAX）与质谱（MS）25相结合。然而，它们（尚未）与经典的[3H]-肌醇SAX-HPLC方案相提并论。

最近，毛细管电泳电喷雾电离质谱（CE-ESI-MS）被引入，作为分析InsPs和PP-InsPs代谢的变革性策略，满足上述所有要求16。结合目前最先进的高氯酸InsP提取，然后用二氧化钛珠26富集，CE-ESI-MS在迄今为止测试的所有生物体中都取得了成功，从酵母到植物和哺乳动物。很容易同时分析InsPs和PP-InsP，包括所有可能的区域异构体。稳定同位素标记（SIL）内标可实现快速、精确的绝对定量，不受基质效应的影响。由于MS可以捕获同位素质量差异，因此CE-ESI-MS也可用于研究InsPs和PP-InsP的区室细胞合成途径，例如，通过用[13 C 6]-肌醇或[13C6]-D-葡萄糖喂养细胞。

这里描述的是详细的分步方案，用于通过CE-ESI-MS绝对定量哺乳动物细胞中的PP-InsPs和InsPs。除了主要的5-PP-InsP 5异构体外，本研究还量化了1，5-（PP）2-InsP 4和1-PP-InsP5，尽管它们的丰度较低。 研究了来自不同实验室（NIH，UCL）的两种HCT116细胞系，并验证HCT116UCL细胞含有的1，5-（PP）2-InsP4水平比HCT116NIH高7倍，而5-PP-InsP5浓度相当。此外，HCT116UCL中的1-PP-InsP5合成没有显着增加。此外，还定量研究了通过使用氟化钠阻断PP-InsP去磷酸化而增加PP-InsP水平。

方案

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1. 建立 CE-ESI-MS 系统

  1. 设置一个 CE-ESI-MS 系统，该系统由商用 CE 系统和配备安捷伦喷射流 （AJS） 电喷雾电离 （ESI） 源的三重四极杆串联质谱仪组成。CE-ESI-MS喷雾器套件和等度LC（液相色谱）泵是必需的。
  2. 连接护套流 1:100 分路器（包含在 CE-MS 喷雾器套件中）和等度 LC 泵出口。
  3. 确保CE系统入口小瓶与质量分析仪的喷雾器尖端高度相同。
  4. 利用 MassHunter 工作站（版本 10.1）或类似的 MS 软件来控制整个系统，并进行数据采集和分析。

2. 制备缓冲液、毛细管和CE-MS系统

  1. 制备CE电泳缓冲液:用氢氧化铵将40mM乙酸铵的pH调节至9.0。建议使用 250 mL 容量瓶。用 0.2 μm 孔径的膜过滤器过滤 250 mL 缓冲液。确保仅使用超纯去离子水和MS级试剂。
    注意:该缓冲液可以在室温下保存2-3周或在冰箱中保存数月。
  2. 准备护套液:在 250 mL 瓶中混合 100 mL 超纯水和 100 mL LC-MS 级异丙醇。每周至少更换一次鞘液。使用高分辨率质谱仪时，将质谱参考添加到鞘液中。
  3. 安装护套液:以 5 mL/min 的速度吹扫 5 分钟，并将流速设置为 1 mL/min（10 μL/min 进入 CE-MS 喷雾器）。泵压约为 180 bar。确保回收管连接回护套液瓶中以重复使用溶剂。
  4. 准备毛细管:购买具有紫外线检测窗口的CE-MS毛细管（内径50μm和外径365μM，长度为125厘米）。用户还可以从专业分销商处获得更便宜的条状熔融石英毛细管。切割长度为100厘米的毛细管。用带有旋转金刚石刀片的毛细管柱切割机正确切割毛细管两端，并用打火机去除两端 2-3 厘米的聚酰亚胺涂层。用异丙醇清洁毛细管表面。
  5. 安装毛细管:将毛细管匹配到CE-MS盒中。单击 "更换暗 盒"按钮并将暗盒安装到 CE 设备中。毛细管的入口端比电极低约 2 mm。在进样过程中，确保入口端低于样品表面。
  6. 激活毛细管:首次使用前，用1M NaOH冲洗毛细管，然后用水冲洗10分钟，CE电泳缓冲液冲洗15分钟。
  7. 将毛细管端插入CE-MS喷雾器:将毛细管轻轻放入CE-MS喷雾器中，并确保毛细管端从喷雾器尖端突出约0.1毫米。确保用放大镜和喷雾器中的调节螺钉精确调整毛细管出口端。将喷雾器插回离子源，避免接触调节螺钉。执行此操作时，MS 处于待机模式。
  8. 检查 ESI 喷雾:检查 ESI 喷雾器在全扫描模式下的稳定性。总离子电泳图的波动必须在5%以内。
  9. 使用 InsP 标准品进行测试运行:使用2 μM InsP3-InsP 8 标准品（通过定量 31P NMR15，27调整）的混合物进行测试运行，在50 mbar下进样10秒（10 nL）。设置详细的ESI和MS参数，如 表1所示。CE 电流约为 26 μA。峰宽约为0.4-0.5分钟。确保信噪比至少达到 400。

3. 从哺乳动物细胞中提取可溶性肌醇磷酸盐

注意:HCT116NIH 细胞是Stephen Shears28的一份礼物。HCT116UCL 细胞来自Saiardi的实验室26。

  1. 接种细胞
    1. 在补充有10%胎牛血清（FBS）的Dulbecco改良鹰培养基（DMEM）的T75烧瓶中培养HCT116NIH 或HCT116UCL 细胞，在37°C的高湿度CO2 气氛（进一步称为标准条件）中培养。
    2. 用磷酸盐缓冲盐水（PBS）（5mL）洗涤HCT116NIH 和HCT116UCL 储备培养物，并在标准条件下用胰蛋白酶 - 乙二胺四乙酸（EDTA）（3 mL，0.25%）孵育细胞，直到它们完全分离。通过加入培养基（7mL）淬灭胰蛋白酶活性，将细胞收集到离心管中，然后离心（200× g，3分钟）。
    3. 取出上清液并将细胞重悬于培养基（10mL）中。计数细胞并通过台盼蓝排除法确定活力。
    4. 将细胞（每次测定600万个HCT116细胞）接种到150 mm培养皿中，并总共调整20 mL细胞培养基。在接种之前，在离心管中预混合培养基和细胞，以实现培养皿中细胞的均匀分布。当需要按细胞数归一化时，准备一个平行培养皿。
    5. 在标准条件下培养细胞72小时。细胞将达到约80%-90%的汇合。
  2. 用NaF和细胞收获调节肌醇磷酸水平
    1. NaF处理:在收获到培养基中前1小时加入NaF（10mM）。通过旋转板/移液混合培养基，并在标准条件下孵育细胞60分钟。
    2. NaF处理后，从细胞中取出培养基并将细胞放在冰上。
    3. 用PBS（5mL，4°C）洗涤细胞两次，并从培养皿中完全除去PBS。
    4. 加入高氯酸（PA）（1毫升，1M，4°C）。确保用PA覆盖整个表面（随着蛋白质沉淀，细胞会变白）。将细胞在4°C的倾斜台上孵育10分钟。
    5. 将PA收集到离心管中，并通过离心（17，000× g，5分钟，4°C）除去污染碎片。将上清液添加到制备的TiO2 珠中，用于下拉InsP。
    6. 用PBS（5mL，r.t.）清洗提取后的培养皿两次以进行脱酸;从培养皿中完全去除PBS。
    7. 通过添加细胞裂解缓冲液（1.5 mL，r.t.;0.1% 十二烷基硫酸钠 [SDS] 在 0.1 M NaOH 中）溶解板上的蛋白质。将培养皿在r.t.的倾斜台上孵育15分钟。将细胞裂解物转移到离心管中并离心机（17，000× g，5分钟，4°C）。将上清液储存在-80°C，直到使用牛血清白蛋白作为校准标准品通过DC蛋白测定法测定蛋白质浓度（通常，一个150毫米的培养皿含有约10mg蛋白质）。
    8. 从平行培养皿中测定细胞数:如步骤3.1.2中所述通过胰蛋白酶收获平行培养皿的细胞（对150 mm培养皿使用5 mL胰蛋白酶-EDTA）并除去培养基。将细胞沉淀重悬于PBS（5 mL）中，适当混合并计数细胞。在收获前通过直接淬灭执行此步骤以获得具有代表性的细胞计数。此外，使用适当的方法（例如，使用多尺寸机）测量细胞的体积。
  3. 肌醇磷酸盐的TiO 2 富集
    注意:为避免磷酸化化合物的酸性分解，请执行所有富集步骤直到在冰上洗脱，并将所有试剂冷却至4°C。 将提取时间保持在最短（1.5-2小时）。使用 1 M PA 执行所有提取步骤。
    1. 珠子的制备:用ddH2O（1mL）洗涤TiO2珠（每个样品5mg）和离心机（3，500×g，1分钟，4°C）。取出 ddH2O 并用 PA （1 mL） 洗涤珠子。通过离心（3，500×g，1分钟，4°C）除去PA。将磁珠重悬于PA中（每个样品50 μL）。
    2. 将含有磷酸化化合物的上清液（比较第3.2节，步骤3.2.5）加入珠悬浮液中，涡旋，然后在4°C下旋转样品20分钟。
    3. 离心样品（3，500× g，1分钟，4°C）并弃去上清液。用PA（500μL）洗涤珠子并离心（3，500× g，1分钟，4°C）。弃去上清液并重复洗涤步骤。
    4. 将 NH4OH（200 μL，3%）加入珠子中并重悬。以r.t旋转样品5分钟。
    5. 离心样品（3，500 x g ，1分钟）并将上清液转移到新的离心管中。
    6. 重复洗脱步骤3.3.4和3.3.5并合并洗脱液。丢弃珠子。
    7. 离心合并的淋洗液（17，000× g，1分钟，4°C）以除去任何不溶性残留物。
    8. 在真空蒸发（70分钟，60°C，v-AQ）下完全干燥上清液。向含有InsPs的干燥提取物中加入ddH2O（50μL）。涡旋混合样品直至完全溶解。将样品储存在-20°C直至CE-ESI-MS分析。

4. 执行 CE-ESI-MS 运行

  1. 制备含有 40 μM [13 C 6]1，5-（PP）2-InsP 4、80 μM [13 C 6]5-PP-InsP 5、80 μM [13 C 6]1-PP-InsP 5、400 μM [13 C 6]InsP 6 和 400 μM [13C 6]Ins（1，3，4，5，6）P 5 的内标混合物。借助经认证的参考标准品（即磷酸乙酸），通过定量 31P 和 1H NMR 测定 SIL IS 溶液的浓度。
    注:上述所有纯度高于96%的SIL内标（IS）均由Fiedler集团15，27合成和提供。与核苷酸一样，这些IS可以携带许多结晶水分子和不同的反离子。建议通过定量31P NMR测定13C6标准溶液的浓度，而不是称量物质并计算浓度。
  2. 在CE样品瓶中将10 μL样品与0.5 μL内标混合物混合。2 μM [13 C 6]1，5-（PP）2-InsP 4、4 μM [13 C 6]5-PP-InsP 5、4 μM [13 C 6]1-PP-InsP 5、20 μM [13 C 6]InsP 6 和 20 μM [13C 6]Ins（1，3，4，5，6）P 5 是样品内的最终浓度。
  3. 使用补给系统时，单击更换瓶按钮，将准备好的 250 mL CE 电泳缓冲液放入电解质 瓶 中，然后单击 清洁管。将补给针放在水瓶中。
  4. 设置ESI和MS参数，如 表1所示。使用含有肌醇聚磷酸盐标准品混合物的源优化器优化源参数。使用包含所有标准的 Masshunter 优化器获取多反应监测 （MRM） 设置。调整不同仪器的 ESI 和 MS/MS 设置。
  5. 运行 InsP 数据提取并检查结果（图 2）。设置有更多样本时的顺序。
  6. 测量后让MS进入待机模式。请勿关闭液相色谱泵。鞘液的流动保护喷雾针。当没有护套液体供应时，将 CE-ESI-MS 喷雾器更换为 LC-ESI-MS 喷雾器。

5. 数据分析

  1. 打开定量分析（用于QQQ）软件，为所有样品创建一个批次。
  2. 根据获取的 MRM 数据创建新方法。将 [13C6]InsP 设置为内部标准 - （ISTD）。检查MRM化合物设置、保留时间设置、ISTD设置、浓度设置和限定符设置。通过验证并退出以将方法应用于当前批处理。保存方法。
  3. 检查批次中每个峰是否积分正确;否则，请手动积分峰值。
  4. 将结果导出到电子表格中。通过将分析物峰响应与已知浓度的SIL IS的相应峰响应进行比较，对肌醇（焦磷酸）进行定量。5-PP-InsP 5、InsP 6和Ins（1，3，4，5，6）P5的理论和实验校准曲线如表2所示，线性范围。
    注意:应用理论校准曲线的先决条件是使用目标分析物的高质量同位素模式和可信浓度。评估线性范围。当完全获取上述同位素标准品不切实际时，校准曲线对于绝对定量至关重要。
  5. 使用InsP提取物溶液中测得的浓度及其体积，计算绝对量。此外，通过细胞计数或蛋白质含量对量进行归一化。根据HCT116（1.68 fL）的细胞计数和平均细胞体积计算细胞浓度。

结果

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

此处显示的结果旨在说明CE-ESI-MS分析的潜力。报告的数字描述了技术上完美的CE-ESI-MS运行。首先，介绍了肌醇焦磷酸盐标准品（图1）和哺乳动物细胞提取物（图2）的混合物。其次，提供了两种HCT116细胞系（图3）和NaF处理的HCT116（图4）细胞的比较。

浓度为2μM的肌醇（焦磷酸）酯标准品的提取离子电泳图（EIE）如图1所示。插入具有简化结构的哺乳动物中肌醇焦磷酸盐的代谢。哺乳动物中的四种肌醇焦磷酸盐，1，5-（PP）2-InsP 4，5-PP-InsP 5，1-PP-InsP5和5-PP-Ins（1，3，4，6）P4使用所述方法可以很好地区分。HCT116UCL的CE-ESI-MS运行如图2所示。借助稳定同位素标记（SIL）内标，通过将信号响应与已知浓度的加标SIL进行比较，可以轻松实现绝对定量。显示了从InsP5到（PP）2-InsP4的磷酸肌醇的集成EIEs及其同位素模式的非集成EIE。来自六次技术重复的所有分析物的RSD均在4%以内。通过测量的浓度和提取物的体积，可以计算出分析物的量。随着细胞计数和细胞体积或蛋白质含量，绝对细胞浓度（μM）或由蛋白质含量（pmol/mg蛋白质）标准化的量通常是此类分析的最终结果。

根据早期的一项研究，两批分化的HCT116细胞具有InsP 8水平的变化，HCT116 UCL细胞含有的InsP8水平比HCT116NIH细胞高6倍29。使用CE-MS方法，HCT116NIH中的1，5-（PP）2-InsP 4可以轻松定量（图3），HCT116UCL细胞含有比HCT116NIH高7倍的InsP8水平。此外，HCT116UCL细胞中1，5-（PP）2-InsP 4的显着积累与显着增加的1-PP-InsP5平行，现在定量显示在图3中。

PP-InsPs水平通过使用氟化钠抑制其去磷酸化而增加。NaF处理的HCT116NIH细胞的CE-ESI-MS分析显示-5-PP-InsP 5升高，InsP6降低和5-PP-Ins（1，3，4，6）P 4的外观（图4）。 此外，InsP8水平的升高是明显的，而1-PP-InsP5有一定程度的下降。1-PP-InsP5在NaF处理的HCT116NIH中并非完全不存在，但大多在检测或定量限下。

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图 1:使用所述协议进行 CE-ESI-MS 分析中肌醇（焦磷酸）酯标准品的典型提取离子电泳图 （EIE）。 每种分析物的浓度为2μM.进样样品体积约为10 nL，在50 mbar下进样10 s。插入片段显示了哺乳动物中肌醇焦磷酸盐的代谢。IPPK:肌醇五磷酸2-激酶，IP6K:肌醇六磷酸激酶，PPIP5K:二磷酸肌醇五磷酸激酶，DIPP1:二磷酸肌醇多磷酸磷酸水解酶1。请点击此处查看此图的大图。

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图 2:HCT116 UCL 细胞的代表性 InsP 谱。 （A） HCT116 NIH 和加标 SIL ISs 中主要肌醇（焦磷酸盐）的 EIE 2 μM [13 C 6]1，5-（PP）2-InsP 4 （1）， 4 μM [13 C6]5-PP-InsP 5 （2）， 4 μM [13 C 6]1-PP-InsP5 （3）， 20 μM [13C 6]InsP 6 （4）， 和 20 μM [13C6]Ins（1，3，4，5，6）P 5 （5）。插入片段显示了通过CE-ESI-MS进行InsP分析的六次技术重复，数据作为SD±手段表示。 （B）人类细胞系HCT116UCL中PP-InsPs和InsPs的细胞浓度和（C）PP-InsPs和InsPs量通过蛋白质含量标准化。数据是来自三个独立实验± SEM 的手段。请点击此处查看此图的大图。

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图 3:两个分化的 HCT116 细胞之间 InsP8 水平的变化。（一）HCT116 UCL和HCT116NIH中肌醇焦磷酸盐的EIE。HCT116UCL中的InsP8明显比HCT116NIH更丰富。（B）两个HCT116细胞中肌醇焦磷酸盐与InsP6（%）的比例。与HCT116NIH相比，HCT116UCL细胞含有7倍的InsP8水平，而5-PP-InsP5水平相等。数据是来自三个独立实验± SEM 的手段。请点击此处查看此图的大图。

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图 4:采用 NaF 处理的 HCT116NIH 细胞中的肌醇（焦磷酸）水平。 （A）HCT116NIH中肌醇（焦磷酸）的EIEs与氟化钠处理（NaF，10mM）。肌醇焦磷酸盐（包括 1，5-（PP）2-InsP 4、5-PP-InsP 5 和5-PP-Ins（1，3，4，6）P4 ）的水平通过使用 NaF 阻断其去磷酸化而增加。（B）未经处理和NaF处理的HCT116NIH细胞中的肌醇（焦磷酸）水平（量通过蛋白质含量归一化）。数据是来自三个独立实验± SEM 的手段。请点击此处查看此图的大图。

表 1:CE-ESI-MS 参数设置。 源参数和 iFunnel 参数由源和 iFunnel 优化器进行优化。肌醇（焦磷酸）酯的MSM参数设置由MassHunter优化器优化。 请按此下载此表格。

表2:理论和实验回归方程。 [13C 6]5-PP-InsP 5 [13 C 6]InsP 6 和 [13C 6]Ins （1， 3， 4， 5，6）P5 的浓度分别为 4 μM、20 μM 和 20 μM。对于回归方程，5-PP-InsP 5浓度为0.04μM，0.1μM，0.2μM，0.4μM，1μM，2μM，4μM，8μM，16μM，24μM。 InsP 6和Ins（1，3，4，5，6）P5浓度为0.2μM，0.5μM，1μM，2μM，5μM，10μM，20μM， 40 μM， 80 μM， 120 μM. x 是浓度，y 是 （Area InsP）12C/（Area InsP）13C。请按此下载此表格。

讨论

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

这里介绍的是一种实用且灵敏的方法，用于定量哺乳动物细胞中的高电荷肌醇焦磷酸盐。将这种分析方法与当前最先进的高氯酸InsP提取，然后用TiO2富集相结合，CE-ESI-MS分析具有前所未有的优势。在通量、灵敏度、稳定性、绝对定量、异构体鉴定和基质依赖性方面，该方法与其他方法相比脱颖而出。该协议适用于哺乳动物细胞，但实际上该策略在许多不同的样品（例如酵母，植物，寄生虫，小鼠组织等）中成功。

应用的提取方案从哺乳动物细胞提取物16，19中完全回收PP-InsPs和InsP6。它还将提取许多其他阴离子代谢物，特别是含磷酸盐的物种，例如糖磷酸盐和核苷酸。有必要使用该协议评估用户分析物的回收率和分解率。

通常，CE-ESI-MS系统运行平稳，使用此协议每周可容纳约200个样本。然而，与HPLC不同的是，CE长期以来一直被视为专家和专业人员的方法，这限制了其市场并限制了其应用。因此，分析系通常没有CE-ESI-MS设备。想要进行CE-ESI-MS分析的人可能缺乏CE经验，会花更多的时间进行故障排除。在这里，重点介绍了关键步骤。首先是毛细管切割的质量。ESI喷雾的灵敏度和稳定性主要依赖于一流的毛细管切割。其次，毛细管出口端应正好距离喷雾器尖端0.1毫米。喷雾针和CE毛细管应在轴向方向。ESI喷雾的质量对于定量至关重要;应执行技术运行以评估可重复性。

使用所描述的方案，PP-InsPs 的定量限 （LOQ） 为 40 nM，以 50 mbar 进样 10 秒 （10 nL）。有几种方法可以进一步提高方法灵敏度。首先，在100 mbar下进样20 s （40 nL）仍能获得良好的峰形和足够的分离度，适用于区域异构体5-PP-InsP 5和1-PP-InsP5。其次，InsP提取物可以溶解在少量的水中。第三，当使用较少的MRM通道进行定量时，驻留时间可能会增加。此外，使用超低鞘液流的CE-MS离子源将显着提高灵敏度。

pH 9 的 CE 电泳缓冲液在 InsP6-InsP 8 之间提供最佳分辨率。当pH值提高到9.7时，InsP3-InsP 6的分离度将显著提高。由于具有出色的分辨率，建议使用较短的毛细管长度（72 cm）以进一步提高通量。此外，40 °C较高的CE盒温度会降低水性电泳缓冲液的粘度并加速其在EOF下的运动。根据不同的研究需求，对该方法进行修改可以进一步促进InsPs和PP-InsPs的分析。因此，所描述的CE-ESI-MS协议有可能为这个多方面的信号分子家族开辟新的研究途径。

披露

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

作者声明没有竞争利益。

致谢

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

该项目已获得欧洲研究理事会（ERC）根据欧盟地平线2020研究和创新计划（授予HJJ的赠款协议第864246号）的资助。DQ感谢Brigitte-Schlieben-Lange-Programm的财政支持。AS由MRC计划拨款MR / T028904 / 1支持。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
材料
1.5 mL 微量离心管Greiner Bio-One616201-15
cm 组织培养皿Thermo Fisher
168381-2.0 mL 微量离心管Greiner Bio-One
623201-50 mL 离心管Greiner Bio-One
227261-96 孔板Thermo Fisher260836用于 DC 蛋白测定
CE 熔融石英毛细管CS 色谱10518050 &微量;M 内径 360 µ医学博士
移液器吸头StarlabI1054-0001、S1111-6701、S1113-1700、S1111-370010 mL、1000 和微量;L、200 和微量;L、10 和微型;L 移液器吸头
血清移液TPP94550、94525、94010、9400550 mL、25、mL、10 mL、5 mL 血清移液管
T75 培养瓶TPP90076-
化学品和试剂
NaOHAppliChemA6829,0500氢氧化钠沉淀，用于分子生物学，用于细胞制备裂解缓冲液
0.25% 胰蛋白酶-EDTAGibco25200056-
乙酸铵Thermo Fisher1677373HPLC 级
BSAThermo Fisher23209白蛋白标准 （2.0 mg/mL）
DC 蛋白检测Biorad5000116DC 蛋白检测试剂包
DMEMGibco41966029高葡萄糖、丙酮酸
FBSGibco10270106、10500064（热灭活）10270106用于 HCT116UCL、10500064 HCT116NIH
异丙醇Carl RothAE73.299.95% LC-MS 级
NH4OH，10%Carl Roth6756.1，用于制备 3% NH4OH
PBSGibco10010015
-高氯酸，70%Carl Roth9216.1用于制备 1 M 高氯酸
SDSSERVA20760.02用于制备细胞裂解缓冲液
氟化钠Sigma AldrichS7920-TiO
2 珠子GL Sciences5020-750005 µm 粒径
台盼蓝溶液Gibco15250061台盼蓝染色剂 （0.4%）
超纯（1 型）水Milli-QZRQSVP3WW型号：Direct-Q 3 紫外纯水系统
设备
分析天平梅特勒-托利多30105893型号：XPE26;用于称量微珠 （每个样品 5-6 毫克）
自动细胞计数仪Logos BiosystemsL40002型号：LUNA-II 自动细胞计数
仪台式离心机Hettich1401型号：UNIVERSAL 320
台式离心机，带冷却VWR521-1647P型号：Microstar 17R
CE 系统安捷伦G7100A-CE
/MS 适配器套件安捷伦G1603A-CE
/MS 喷雾器套件AgilentG1607A-
细胞计数玻片Logos BiosystemsL12001LUNA 细胞计数玻片
离心蒸发器Eppendorf5305000304型号： 浓缩仪加完整系统
ESI 离子源AgilentAJS ESI-Super
Support FilmNisshin EM Co.Ltd， Tokyo647
加湿培养箱粘合剂9040-0088型号：CB E6.1，用于哺乳动物细胞培养
冰柜-应为样品、培养皿等提供足够的空间。
等度液相色谱系统AgilentG7110B 1260 Iso 泵型号：Infinity II 四元系统
MSDAgilentG6495C
三重四极杆多孔板读数仪Tecan30086375型号：SPARK 10 M
移液器灌装机Thermo Fisher10072332用于血清移液器
移液器品牌705884， 705880， 705878， 705872，705870各种移液器
RotatorLabnetH5500型号：迷你 LabRoller Rotator
Shortix 毛细管柱切割器SGTS0020-
试管振荡器（涡旋混合器）Carl RothHXH6.1型号：Rotilabo-迷你涡
旋倾斜台LabnetS0600型号：EDURO MiniMix 章动混合器
水浴ThermoFisherFSGPD05型号：Isotemp GPD 05
Software
MassHunter安捷10.1-
MassHunter工作站液质联用数据采集安捷伦10.1
MassHunter工作站优化器安捷伦10.1版-
MassHunter 工作站 定性分析安捷伦版本 10.0-QQQ
质量分析安捷伦版本 10.1-
管 用于标准曲线制备的 ，，功能 的工作站 伦版版-

参考文献

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Stephens, L., et al. The detection, purification, structural characterization, and metabolism of diphosphoinositol pentakisphosphate(s) and bisdiphosphoinositol tetrakisphosphate(s). The Journal of Biological Chemistry. 268 (6), 4009-4015 (1993).
  2. Menniti, F. S., Miller, R. N., Putney, J. W. Jr, Shears, S. B. Turnover of inositol polyphosphate pyrophosphates in pancreatoma cells. The Journal of Biological Chemistry. 268 (6), 3850-3856 (1993).
  3. Shears, S. B. Inositol pyrophosphates: Why so many phosphates. Advances in Biological Regulation. 57, 203-216 (2015).
  4. Irvine, R. F., Schell, M. J. Back in the water: the return of the inositol phosphates. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2 (5), 327-338 (2001).
  5. Szijgyarto, Z., Garedew, A., Azevedo, C., Saiardi, A. Influence of inositol pyrophosphates on cellular energy dynamics. Science. 334 (6057), 802-805 (2011).
  6. Wild, R., et al. Control of eukaryotic phosphate homeostasis by inositol polyphosphate sensor domains. Science. 352 (6288), 986-990 (2016).
  7. Chakraborty, A., et al. Inositol pyrophosphates inhibit Akt signaling, thereby regulating insulin sensitivity and weight gain. Cell. 143 (6), 897-910 (2010).
  8. Bittner, T., et al. Photolysis of caged inositol pyrophosphate InsP8 directly modulates intracellular Ca2+ oscillations and controls C2AB domain localization. Journal of the American Chemical Society. 142 (24), (2020).
  9. Hauke, S., et al. Photolysis of cell-permeant caged inositol pyrophosphates controls oscillations of cytosolic calcium in a β-cell line. Chemical Science. 10 (9), 2687-2692 (2019).
  10. Saiardi, A., Sciambi, C., McCaffery, J. M., Wendland, B., Snyder, S. H. Inositol pyrophosphates regulate endocytic trafficking. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99 (22), 14206-14211 (2002).
  11. Koldobskiy, M. A., et al. p53-mediated apoptosis requires inositol hexakisphosphate kinase-2. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (49), 20947(2010).
  12. Rao, F., et al. Inositol hexakisphosphate kinase-1 mediates assembly/disassembly of the CRL4-signalosome complex to regulate DNA repair and cell death. Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (45), 16005(2014).
  13. Williams, S. P., Gillaspy, G. E., Perera, I. Y. Biosynthesis and possible functions of inositol pyrophosphates in plants. Frontiers in Plant Science. 6, 67(2015).
  14. Wilson, M. S. C., Livermore, T. M., Saiardi, A. Inositol pyrophosphates: between signalling and metabolism. The Biochemical Journal. 452 (3), 369-379 (2013).
  15. Harmel, R. K., et al. Harnessing 13C-labeled myo-inositol to interrogate inositol phosphate messengers by NMR. Chemical Science. 10 (20), 5267-5274 (2019).
  16. Qiu, D., et al. Analysis of inositol phosphate metabolism by capillary electrophoresis electrospray ionization mass spectrometry. Nature Communications. 11 (1), 6035(2020).
  17. Azevedo, C., Saiardi, A. Extraction and analysis of soluble inositol polyphosphates from yeast. Nature Protocols. 1 (5), 2416-2422 (2006).
  18. Wilson, M. S. C., Saiardi, A. Importance of radioactive labelling to elucidate inositol polyphosphate signalling. Phosphate Labeling and Sensing in Chemical Biology. , 67-87 (2017).
  19. Wilson, M. S. C., Bulley, S. J., Pisani, F., Irvine, R. F., Saiardi, A. A novel method for the purification of inositol phosphates from biological samples reveals that no phytate is present in human plasma or urine. Open Biology. 5 (3), 150014(2015).
  20. Losito, O., Szijgyarto, Z., Resnick, A. C., Saiardi, A. Inositol pyrophosphates and their unique metabolic complexity: analysis by gel electrophoresis. PloS One. 4 (5), 5580(2009).
  21. Dong, J., et al. Inositol pyrophosphate InsP8 acts as an intracellular phosphate signal in arabidopsis. Molecular Plant. 12 (11), 1463-1473 (2019).
  22. Riemer, E., et al. ITPK1 is an InsP6/ADP phosphotransferase that controls systemic phosphate homeostasis in Arabidopsis. bioRxiv. , (2020).
  23. Whitfield, H., et al. An ATP-responsive metabolic cassette comprised of inositol tris/tetrakisphosphate kinase 1 (ITPK1) and inositol pentakisphosphate 2-kinase (IPK1) buffers diphosphosphoinositol phosphate levels. The Biochemical Journal. 477 (14), 2621-2638 (2020).
  24. Ito, M., et al. Hydrophilic interaction liquid chromatography-tandem mass spectrometry for the quantitative analysis of mammalian-derived inositol poly/pyrophosphates. Journal of chromatography. A. 1573, 87-97 (2018).
  25. Mantilla, B. S., Amaral, L. D. D., Jessen, H. J., Docampo, R. the inositol pyrophosphate biosynthetic pathway of Trypanosoma cruzi. ACS Chemical Biology. 16 (2), 283-292 (2021).
  26. Wilson, M. S. C., Saiardi, A. Inositol phosphates purification using titanium dioxide beads. Bio-Protocol. 8 (15), 2959(2018).
  27. Puschmann, R., Harmel, R. K., Fiedler, D. Scalable chemoenzymatic synthesis of inositol pyrophosphates. Biochemistry. 58 (38), 3927-3932 (2019).
  28. Gu, C., et al. KO of 5-InsP7 kinase activity transforms the HCT116 colon cancer cell line into a hypermetabolic, growth-inhibited phenotype. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (45), 11968-11973 (2017).
  29. Gu, C., Wilson, M. S. C., Jessen, H. J., Saiardi, A., Shears, S. B. Inositol Pyrophosphate Profiling of Two HCT116 Cell Lines Uncovers Variation in InsP8 Levels. PloS One. 11 (10), 0165286(2016).

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