本文介绍了一种通过稳定同位素标记,结合保留时间、迁移率和碎片化特征来筛选脂质结构的方法。
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本文介绍了一种通过稳定同位素标记,结合保留时间、迁移率和碎片化特征来筛选脂质结构的方法。
脂质具有高度多样性,其结构和组成的微小变化都可能对关键的生物学功能产生深远影响。稳定同位素标记(SIL)在研究脂质分布、动员和代谢方面具有多项优势,以及 从头合成 脂质合成。稳定同位素标记(SIL)技术的成功实施需要去除内源性分子的干扰。在本研究中,我们描述了一种用于从生物样本中高通量筛选SIL脂质的分析方案;并将展示脂质 从头合成 蚊媒卵巢发育过程中的鉴定。利用互补的液相色谱-离子淌度谱-质谱联用技术,可在单次扫描中从单个样品实现脂质的分离与鉴定<1 h)。该方法利用了数据依赖性采集和数据非依赖性采集的最新进展,通过在迁移率陷阱中进行平行累积,随后进行连续碎裂和碰撞诱导解离。在脂肪酸链水平上对稳定同位素标记(SIL)的测定揭示了蚊子卵巢发育过程中脂质动态的变化。脂质 从头合成 根据保留时间、迁移率和碎片化模式,可明确指认这些结构。
在分析脂质数据时,稳定同位素标记(SIL)是一种评估生物体内代谢途径的有效方法。该方法通过用13C或2H等稳定同位素替代分析物中的原子,使这些同位素进一步整合到前体分子中,并最终嵌入脂肪酸,从而标记其所在区域。利用这些同位素,可以识别脂质的分布与代谢情况,因为它们会与未标记的背景形成对比1。常规质谱平台无法区分来自内源性分子的信号2。SIL的成功实施依赖于超高清分辨率分析工具的使用。液相色谱联用高分辨捕获离子淌度谱-并行累积串联碎片化-飞行时间串联质谱(LC-TIMS-PASEF-TOF-MS/MS)能够实现标记与非标记物种的分离2。LC-TIMS-PASEF-TOF-MS/MS分析的优势在于,质谱信号可通过保留时间(RT)和离子淌度进行过滤,从而减少内源性分子可能带来的干扰,并实现所有目标物种的定量与分离2。在TIMS中,离子首先被固定在气体流动相的反向作用下保持静止,随后根据其淌度依次释放。该技术在比早期离子淌度仪器更低的电压下运行,即可获得高分辨率的淌度图谱3。淌度图谱是质荷比相对于漂移时间的图示,可用于根据化合物的漂移时间和重叠程度来区分不同化合物4。
通过采用额外的PASEF技术,测序速度显著提高,同时不牺牲灵敏度5。PASEF的原理涉及离子的累积,随后按照其迁移率顺序依次释放。该过程通过将离子按迁移率平行排列进行累积来实现。以这种方式累积可防止离子丢失。此外,前体离子的选择与离子的累积和释放同时进行。采用该方法,PASEF在每次TIMS扫描过程中连续选择多个前体离子,而非常规TIMS仪器每扫描一次仅选择单个前体离子。当前体离子在约100毫秒每帧的TIMS扫描中以2毫秒的峰宽被同时累积并释放时,信号被放大了一个数量级以上,从而显著提高了信噪比3。将PASEF技术引入TIMS可提高MS/MS的效率。当TIMS-PASEF与MS/MS联用时,可实现更高效的碎裂。与传统的MS/MS检测不同,前体信号由TIMS-PASEF压缩,而碎片离子的检测则与前体离子的TIMS洗脱时间及其离子迁移位置同步进行3。
在从质谱仪获取数据时,可选择所需的扫描模式。数据依赖性采集(DDA)根据MS1扫描中离子的丰度选择前体离子,随后对其进行碎裂并执行MS2扫描。该扫描模式会尽可能多地碎裂前体离子。DDA方法具有靶向性,其结果取决于离子的选择3。然而,DDA-PASEF在重复样本之间的重现性方面常存在问题。尽管DDA在靶向分析中是一种有效的工具,但在处理复杂混合物时其数据采集面临更大挑战6。这是因为同一时间只能监测少量离子3。数据非依赖性采集(DIA)是一种将预设m/z窗口内的离子无论其强度如何均独立进行碎裂,并在指定范围内对所有离子进行扫描的方法7。在此扫描模式下,整个离子云可从离子淌度谱(IMS)完整传输至质谱仪3。在蛋白质组学研究中,与DDA相比,DIA可在更短时间内定量更多的蛋白质。此外,DIA相比DDA遗漏的m/z值更少。因此,该替代方法在信噪比和定量准确性方面表现出更优的数据重现性。在本研究中,我们的目标是将DIA应用于Tose等2报道的方法。通过结合DDA与DIA采集策略,我们提高了信号的重现性和强度,从而在生物样品中SIL脂质的动员、分布与代谢方面获得了更深入且更具结论性的信息。
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1. 样品制备
2. 仪器设置
3. 校准
4. 数据分析
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稳定同位素标记有助于在雌性蚊子卵巢脂质动态研究中可视化甘油三酯。在二维迁移率图谱中,甘油三酯48:1出现在具有特定保留时间的区域,对应于迁移率1/K0。甘油三酯的强度可通过更深的蓝色线条来显示。其他斑点代表在卵巢中发现的其他甘油三酯。由于质量与结构的差异,保留时间与迁移率各不相同,因此在图谱的不同区域呈现。这些差异在区分样品中的甘油三酯时至关重要(图12A,B)。对该区域放大的质谱投影显示,48:1甘油三酯离子与质荷比为822 m/z的铵离子结合。其他甘油三酯(如50:2和52:3)也可被观察到,但由于结构、尺寸和碎片化差异,出现在更高的m/z区域(图12C,D)。在此示例中,我们关注分析氘标记的同位素。对TG 48:1区域进一步放大以观察同位素标记的离子。随着离子上氘原子数量的增加,峰强度逐渐降低,这是由于高氘标记离子的出现频率较低所致。每增加一个氘原子,由于质量增加,m/z比值略有上升。这些强度将进一步确定样品中每种同位素的含...
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在评估本方案的应用时,必须确保DIA-PASEF和MS/MS参数适用于目标甘油三酯。具体而言,迁移率窗口及其宽度应遵循甘油三酯的分布模式。这可通过先前使用DDA方法的运行结果来确定。在追踪内标中的甘油三酯时,DIA设置的窗口应覆盖所有预先鉴定的目标分子。所有窗口应具有相同的尺寸,且其范围需落在目标化合物的m/z和1/k0范围内(图7)。若窗口尺寸设置不当,将导致需要碎裂的离子被跳过,所得谱图的重复性会降低。本质上,若脂质组学中未对窗口范围进行适当优化,DIA结果将无法提升DDA数据的质量。窗口应呈现逐步递进的形态,以支持数据采集过程。若未达到此要求,则应调整DIA-PASEF窗口设置中的参数,使其能够代表完整的脂质谱型。若缺少此步骤,关键脂肪酸将被遗漏,无法在所获取的数据中体现。
仪器限制主要源于液相色谱-质谱(LC-MS)方法本身,包括峰宽的多重检测限制。因此,必须优化洗脱峰以实现准确的定量分析,并在数据采集过程中提高选择性。通常情况下,这依赖于选择特定的前体离子,例如数据依赖性采集(DDA)方法。然而,在数据非依赖性采...
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Matthew Willetts 和 Melvin A. Park 是布鲁克达科尼克公司(Bruker Daltonics Inc)的员工,该公司是 timsTOF 商用仪器的制造商。作者声明不存在竞争性财务利益。
作者希望感谢 Cesar Ramirez 博士在初始方法开发过程中的贡献。本研究由美国国家过敏与传染病研究所(NIAID)资助,项目编号 R21AI167849,授予 FGN;同时获得捷克科学基金会(捷克共和国)项目编号 22-21244S 的资助,授予 MN。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| Accucore C30 色谱柱 | Thermo Fisher Scientific | 27826-252130 | |
| Bruker Compass Data Analysis | Bruker Daltonics Inc | 2363525870 | 版本 5.2 |
| d-葡萄糖-13C6 | Sigma-Aldrich | 389374 | |
| 微量离心管(eppendorf 管) | Fisher Scientific | 14-282-300 | |
| EquiSplash Lipidomix | Avanti Polar Lipids | 330731-1EA | |
| 玻璃小瓶 | Thermo Fisher Scientific | 11-417-236 | |
| 重水 (2H2O) | Sigma-Aldrich | 1.13366 | |
| 聚丙烯研磨杵 | Fisher Scientific | BAF199230001 | |
| Prominence LC-20 CE 超快速液相色谱仪 | Shimadzu | L20234651907 | |
| 硅烷化玻璃插件 | Thermo Fisher Scientific | 03-251-826 | |
| 蔗糖-13C12 | Sigma-Aldrich | 605417 | |
| timsTOF | Bruker Daltonics Inc | 1.84443E+11 | |
| Tuning Mix 校准标准品 | Agilent Technologies | 36 |
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