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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
MALDI Imaging Mass Spectrometry를 사용하여 gangliosides를 검출하기 위해 DAN 매트릭스를 쥐의 뇌 조직으로 승화시키는 프로토콜이 제시됩니다.
샘플 준비는 최적의 검출 및 매트릭스 보조 레이저 탈착 / 이온화 (MALDI) 이미징 질량 분석 (IMS) 실험 분석의 시각화를위한 열쇠입니다. 각 단계는 관심있는 분석의 고유 한 특성에 적합하도록 최적화해야합니다으로 샘플 준비 과정을 통해 수행 할 수있는 적절한 프로토콜을 결정하는 것은 어려울 수 있습니다. 이 프로세스는 탈착 효율적 관심 분자를 이온화 할 수있는 호환 가능한 행렬을 발견 할뿐만 아니라 적절한 매트릭스 증착 기술을 선택하지 포함한다. 건조 매트릭스 증착 기술은 지질의 이온화에 특히 효과적인 반면, 예를 들어 용매에 용해 매트릭스를 수반 행렬 습식 증착 기술은, 대부분의 단백질 및 펩티드의 탈착 우수하다. 승화 인해 homogenei MALDI IMS에 의해 조직 내 지질의 검출 용 드라이 매트릭스 증착하는 매우 효율적인 방법으로보고되어왔다매트릭스 액정 증착 최소 분석 비국 재화의 TY 많은 습식 증착 방법 1, 2에 비해. 대체로, 그것은 차가운 표면에 가압 샘플과 진공 밀봉 챔버에서 샘플 가루 행렬을 배치하는 것을 포함한다. 장치는 냉각 된 조직 샘플의 표면 상에 분말 형 행렬의 승화 결과, 가열 조 (모래 또는 기름)으로 저하된다. 여기에서 우리는 MALDI IMS를 사용하여 쥐의 뇌에 강글리오사이드의 감지 및 시각화를위한 1,5- 디아 미노 (DAN) 매트릭스를 사용하여 승화 프로토콜을 설명합니다.
매트릭스 보조 레이저 탈착 / 이온화 (MALDI) 이미징 질량 분석 (IMS)되고 고도로 추구 그대로 샘플 표면에 걸쳐 지질, 펩타이드 및 단백질의 공간적 분포의 시각화를위한 기술 후. MALDI IMS는 이전에 미리 정제의 분석을위한 분석 기술로 알려져 있지만, 최근에는, 그 때문에없이 고해상도 영상 / 해부학 적 기준점과 질량 분석의 정확성을 결합 할 수있는 능력의 많은 분야에서 주목을 받고있다 외부 표시를 위해 필요합니다. 이 기술을 이용하여 연구의 과학적 풀 성장을 계속하기 때문에, IMS 실험의 개발 및 최적화를 지원하기 위해 표준화되고 쉽게 추적 프로토콜에 대한 필요성이 증가된다. 강글리오사이드, 중추 신경계에서 매우 풍부한 세포막 지질 그룹 멤브레인 내에 내장의 위치뿐만 MALDI IMS 실험 이상적은 특정하게 정시기존의 면역 라벨을 사용하여 탐지하는 것은 불가능 말이지. 또한, 우리는 세포 신호 전달의 조절 자로서 기능이 지질은, 다른 것들 중에서도, 뇌 손상 3, 4, 5 이후에 변경된다 건강한 쥐 뇌 고유의 해부학 적 분포 패턴을 가지고, MALDI IMS를 사용하여 도시 하였다. 강글리오사이드는 대부분 지질 종에 비해 더 높은 질량 범위에 위치하고, 따라서 MALDI 이미징 플랫폼에 가장 적합한다.

그림 1 : MALDI IMS 실험의 워크 플로우. 승화를 사용하여 MALDI IMS 실험의 일반적인 워크 플로 다이어그램. -80 ° C에서 냉동 조직은 저온 유지 장치로 구분되며, 10 μm의 섹션은 해동 전도성 ITO 슬라이드에 장착합니다. 슬라이드는 다음 승화 될 때까지 데시 케이 터에 배치됩니다. SLI는DES는 승화 장치에 삽입하고 행렬의 짝수 층은 조직 샘플의 표면에 도포된다. 시료를 10 분 동안 데시 케이 터에 배치 된 -20 ℃ 냉동고에서 밤새 동결. 기준이 적용 되었다면, 시료에 레이저가 이온화 매트릭스 분자의 이탈을 야기하는 조직을 가로 질러 지향되는 MALDI 기기에 삽입된다. 이온은 검출기에 도달 할 때까지 자신의 질량 (비행 시간 형 / TOF)을 기반으로 비행 튜브와 분리를 이동한다. 소정의 질량 - 대 - 전하 (m / z) 범위 내에서 분석의 이온 풍요 로움에 대한 정보는 분자 영상과 질량 스펙트럼 모두로 표시됩니다. 이 데이터는 시각화 영상화 조직 내의 관심 분석 물질의 이온 풍부 정량화 모두에 사용될 수있다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
샘플 준비프로세스의 각 단계는 관심의 분석에 정의해야합니다으로 MALDI IMS에 대한 높은 변수입니다. MALDI 기반 실험의 정의 기능은 분석하기 전에 샘플 표면 상에 증착 된 코팅 기질의 사용이다. 흡수 및 제거 프로세스 중에 레이저로부터 방사 에너지를 전달하는 역할 이외에도, 상기 매트릭스는 또한 그에 대한 관심 (6, 7)의 화합물의 분석을 용이하게 샘플로부터 여러 분석 물을 분리하는 역할을한다. 시료 표면에 대한 매트릭스의 균질 한 애플리케이션은 시료 준비 과정에서 가장 중요한 단계이다. 부적절한 매트릭스 증착은 큰 이종 매트릭스 결정 형성과 유물의 개발, 낮은 이온 신호와 가난한 재현성 7로 이어질 수 있습니다.
특정 매트릭스의 친화 특정 분석 물을 분리하기 위하여, 행렬의 형태는 실험 선정 인해 수상당히 결과를 변경. 단백질 및 펩티드의 이미징에 사용되는 기질은 종종 촬상 지질에 사용되는 것과 상이하고, 처리는 또한 그러한 성공적 조직으로부터의 신호를 검출하기 위해 세척 및 재수 화 단계와 같은 추가의 절차에 대한 필요성에 의해 복잡해진다. 세척 단계는 지질 신호 (8)의 향상을 위해 존재하지만, 이들은 대부분 지질 종의 검출을위한 전제 조건 아니다. 지질 이미징 실험의 매트릭스를 선택하는 경우, 적합한 행렬의 범위를 좁히는 것 등이 주목 지질의 극성을 고려하는 것이 중요하다. 예를 들어, 강글리오사이드는 그들에게 전반적으로 부정적인 극성을 제공 시알 산 잔기를 포함한다. 효과적으로 탈착 및 조직으로부터 강글리오사이드를 이온화 수 행렬들이있다; 그러나, 스펙트럼 진공하에 매트릭스의 안정성 행렬 유래의 피크와 같은 요인을 고려하에 수행되어야한다. 1,5-diaminonapthalene (DAN) 행렬 이미징 애플리케이션의 대부분의 악기 진공 상태에서 충분히 안정하고, 지질 탈착 고감도를 입증하고 양성 및 음성 이온 모드 둘 모두에서 지질의 분석에 이용 될 수있다. 이러한 히드 록시 벤조산 (DHB) -9- aminoacridine (9-AA) 및 5- 클로로 -2- 머 캅토 벤조 티아 졸 (CMBT) 다른 네거티브 지질 친 화성 매트릭스에 비해 DAN 매트릭스는 가장 효율적으로 쥐 뇌에서 강글리오사이드를 탈착 할 수 있었다 음이온 모드 (준비 원고)의 조직.
매트릭스 증착의 적절한 방법을 선택하면 행렬 자체를 선택하는 동일한 중요하다. 액체 추가를 허용하는 샘플 침투를 고체 매트릭스는 유기 용매에 용해시키고, 공압에 의해 증착 또는 분무기 또는 감시인 자동화 항 젖은 매트릭스 증착 방법은 단백질 및 펩티드의 탈착에 특히 효과적매트릭스와 화합물 및 공동 결정의 ction. 이러한 기술은 또한 지질 애플리케이션 분석 비편 재화 얼룩 매트릭스 액정 형성을 위해 사용될 수 있지만, 특히 조직이,도 9에 의한 지질 용매에의 높은 용해성 풍부 공통 사건이된다. 지질 용이 조직에서 이온화되므로 이러한 기술의 단점의 대부분을 회피하면서, 예컨대 승화 건조 매트릭스 증착 기술은 분무기에 간단하고 비용 효율적인 대안을 제공한다. MALDI IMS 실험에서 승화의 성공은 습식 매트릭스 기술 1, 10에 비해 증가 재현성 선도 같은 결합 매트릭스 분석 물질에 대한 면적을 증가 미세 매트릭스 형태 증가 매트릭스 순도 및 균일 한 매트릭스 증착 등의 기능에 기인한다.
승화 invo바로 조직 샘플의 표면 상에 증착 한 다음 분쇄 된 매트릭스 기체 상 전이 고체 결과 냉각 된 샘플의 표면 아래에 진공 분말 행렬 가열 아이브. 승화 동안 매트릭스 증착 시간, 온도 및 재현성이 높은 결과를 제공하는 압력과 같은 다양한 요인들에 의해 제어 될 수있다. 하나의 승화 실험은 폐기하기 전에 여러 번 재사용 될 수있는 선택된 기질의 종류에 따라 5 내지 20 분에 걸릴 수있다. 이 장치는 자동 분무기의 가격의 일부에서 상업적으로 구입하실 수 있습니다 쉽게 청소 및 유지 보수를 위해 따로 촬영됩니다. 낮은 비용과이 행렬 증착 기술의 상대적 단순 시작 또는 MALDI IMS 지질 이미징 애플리케이션에 확장 연구자에 이상적이다. IMS에 대한 조직의 승화 프로토콜 디테일 정보 (11)에보고되었지만, 몇몇 표준 프로토콜 w 존재HICH 어려운 광범위한 시행 착오없이 기술을 확립 할 수있게, 음이온 모드에서 높은 질량 지질을 이미징 승화 실험을 수행과 관련된 기본적인 흐름에 초점을 맞춘다. 다음은 고해상도 이미지 및 갱글 검출하는 쥐 뇌 부 상 DAN 행렬의 승화 그 격차를 목표 실험 프로토콜이다.

그림 2 : 승화 장치. 사진 (A) 및 승화 장치의 개략도 (B). 진공 펌프를 에탄올 300 mL로 채워진 냉각 트랩에 고무관으로 연결된다. 콜드 트랩은 다음 승화 장치 고무관으로 연결된다. 장치는 금속 U 조인트와 함께 밀봉 유리의 두 개의 분리 된 조각들로 구성된다. 승화의 위쪽 절반얼음 비자금으로 가득 콘덴서가 포함되어 있습니다. 샘플 플레이트는 유리 밀봉 장치 내부에, 콘덴서의 하부에 녹화된다. 승화 장치의 하단은 균일하게 샘플 플레이트에 직면 퍼져 DAN 행렬을 포함하고 있습니다. 승화하는 동안, 유리 장치 바로 아래에, 핫 플레이트에 의해 140 ℃로 가열 한 모래 욕에 배치된다. 온도 프로브 실험에 대한 설정 온도와 비교하여 모래 욕 온도 피드백을 통해 승화 실험을하는 동안 안정된 온도를 유지하는 데 도움. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
모든 동물의 처리 절차는 웨스턴 온타리오의 동물 관리위원회 (2016-014) 대학을 준수 설명.
1. 조직 준비 및 단면
2. 승화의 장치 셋업
참고 : 흄 후드에서 다음 단계를 수행합니다.
3. 승화
4. 조직 저장 / 재수
5. 이미징 및nalysis
승화 실험 종료 후, 유리에있어서의 두 개의 반쪽들은 응축기를 녹화, 흄 후드와 슬라이드에서 분리된다 (도 3a)를 제거 할 수있다. 이 시점에서, 슬라이드, 다음 슬라이드 조정되어야 할 수도 모래 욕에있어서의 불균일 한 매트릭스 분포, 시간, 온도, 또는 위치를 조사한다. 성공적인 DAN 승화 실험 조직의 해부학 적 특징이 명확하게 가시화 될 수있는 슬라이드 글라스 슬라이드 행렬의 양 표면을 따라 회색 / 갈색 행렬의 짝수 코팅 될 것이다하는 조직의 양 비슷 (그림 3B). 너무 매트릭스 조직에 승화 한 경우, 예를 들어, 매트릭스의 두께가 뚜렷한 것이다 조직 만 일반적인 형태의 기능을 포함한다. 너무 작은 행렬이 승화되는 경우, 조직은 헥타르 것슬라이드 (그림 3C)의 나머지 부분보다 어두운 외관을했습니다. 둘 다 너무 너무 작은 행렬은 MALDI 악기 가난한 신호가 발생합니다. 품질 관리 목적을 위해, 토마스 등의 알. 슬라이드 상에 증착 행렬의 양을 칭량하고, 슬라이드의 표면 면적으로 나눈 중량. 그들은 DAN (110 μg의 / cm²) 2 등 여러 가지 행렬에 대한 행렬 증착의 최적의 양을보고했다. 가장 균형 결과는 복제를 위해 필요한 정밀도가 부족했지만, 우리는 QC이 방법을 시도 하였다; 그러나, 변동의 높은 수준으로, 우리는 기기에서의 신호 검출을 통해 결정된 발견 매트릭스 증착 적절한 범위가 DAN 행렬 실패 승화 실험 대 성공적인 연관 조언 할 수있다. 140 μg의 위 / cm²의 측정 동안 아래에 100 μg의 / cm²의 매트릭스 측정은 "너무 작은"매트릭스 조건과 연관이 있었다"너무 많이"와 관련. 100 및 140 μg의 / cm² 간의 매트릭스 증착 DAN 행렬 이미징을위한 최적 량이었다. 보정 표준 IMS 검출 신호의 질량 정확도를 보장하기 위해, 조직 샘플의 주위에 유리 슬라이드에 도포한다 (도 3D)
MALDI IMS 실험에서, 분자 영상은 소정의 질량 범위에 존재할 수있는 임의의 알려지지 않은 종과 함께 피검의 공간적 분포의 시각화를 허용한다. 이 실험에서 강글리오사이드의 분자 영상은 래트 뇌 (도 4a)의 피질 및 피질 영역에 걸쳐 여러 갱글 리오 종의 해부학 적 분포를 보여 ImageJ에 소프트웨어를 사용하여 적층했다. 뇌에서 가장 풍부한 강글리오사이드는 A-시리즈 종 GD1a와 GM1 강글리오사이드뿐만 아니라 GM2과 GM3 모든 사이에서 발견 할 수 있습니다 포함되어스펙트럼 (그림 4B)을 따라 쉽게 식별 할 수 이러한 강글리오사이드을 1,000-2,000 m / z 질량 범위, 가장 일반적인 뇌 지질보다 높은 질량 범위. 각 강글 리오 시드 종의 이온 풍요가 사용할 수있는 동일한 이미지 내 강글 리오 시드 종의 차이 또는 변화를 반 정량화. 스캔 비교는 반 정량적 인 것으로 간주 사이 샘플 준비 가변성 일정량이 IMS에 회피 할 수 있기 때문이다.

3. DAN 승화 그림. 쥐의 뇌 조직에 DAN 행렬의 승화의 대표 결과. 승화 종료하면 (A)은, 장치의 두 부분을 분리하고, 슬라이드는 응축기로부터 제거된다. (B) DAN 행렬은 매우를 repr 허용하도록 슬라이드의 표면에 다수의 래트 뇌 조직 절편 고르게 퍼지는oducible 결과 (100 사이 - 150 μg의 / cm²). (C) (좌 - <90 μg의 / cm²) 또는 너무 매트릭스 (우측 -> 너무 적은 매트릭스 실패 승화 실험 예 150 μg의 / cm²)을 증착 하였다. 너무 많은 매트릭스 레이저가 낮은 이온 검출 결과, 취득시 조직에 침투하는 것을 허용하지 않습니다 동안 너무 작은 행렬은 분석의 부족 탈착 발생합니다. (D) 적용 DAN 행렬 및 교정 표준을 승화 쥐의 뇌 조직 섹션을 포함하는 슬라이드 이미징을위한 MALDI 기기에 삽입 준비가되어 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 쥐 뇌에서 강글리오사이드 4. MALDI IMS. Representativ전자 MALDI IMS 분자 영상과 DAN 행렬 승화 후 쥐의 뇌에 강글리오사이드의 질량 스펙트럼. 분자 영상 중첩 스펙트럼 여러 갱글 종의 복합체이며, 뇌 강글 리오 시드에 걸쳐 종의 독특한 해부학 적 분포를 표시하는 이미지 J 소프트웨어를 이용하여 모조 착색. 종 GM1d18 : 1 (빨강, 대량 ~ 1547 다), GM1d20 : 1 (녹색, 대량 ~ 1573 다), GM3d18 : 1 (파란색, 대량 ~ 1178 다), 및 GM3d20 : 1 (청록, 대량 ~ 1207 다)가 있습니다 표현. 질량 범위 000 - 1000 내의 분석 물의 질량 스펙트럼 표시 이온 풍부. 주요 A-시리즈 강글리오사이드는 스펙트럼 함께 표시되어 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
저자는 공개할 것이 없습니다.
MALDI Imaging Mass Spectrometry를 사용하여 gangliosides를 검출하기 위해 DAN 매트릭스를 쥐의 뇌 조직으로 승화시키는 프로토콜이 제시됩니다.
우리는 웨스턴 온타리오 대학교 MALDI 석사 시설의 Kristina Jurcic의 기술 지원과 이 작업에 자금을 지원한 NSERC(National Sciences and Engineering Council)에 감사드립니다. 저자는 또한 이 원고에 제시된 승화 기술을 최적화하는 데 조언을 해준 Caprioli 그룹(Vanderbilt University, TN)과 Chaurand 그룹(Université de Montreal, QC)에 감사를 표합니다.
| 서브리메이터 | Chemglass Life Sciences | CG3038-01 | |
| 1,5-Diaminonapthalene (DAN) 매트릭스 | Sigma-Aldrich | D21200 | 100 지 |
| Cryostat | Thermo-Fisher Scientific | CryoStar NX50 | |
| 핫 플레이트 | Thermo-Fisher Scientific | HP88857290 | Isotemp ADVD 7x7 HP 100 - 120 V |
| 스테인리스 스틸 잭 | Thermo-Fisher Scientific | 2216479 | 10x10 |
| Cold Trap | 현장 제작 | ||
| 진공 펌프 | Franklin Electric | 1102180403 | Savant VP100 2단 |
| 인듐-주석-산화물(ITO) 슬라이드 | Hudson Surface Technology | PSI 1111000 | 유형 II, 각 1.1mm/25 |
| MALDI TOF/TOF 5800 기기 | AB Sciex | ||
| 데시케이터 | Sigma-Aldrich | D2797 | 탁상용 데시케이터 |