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방법 논문

매트릭스 보조 레이저 탈 착/이온화 질량 분석에서 탄수화물 이온 신호를 강화 하는 효율적인 샘플 준비 방법

6.4K 조회수

⸱

DOI:

10.3791/57660

⸱

2018년 7월 29일

 ,  ,  ,  , 
1Genomic Research Center, Academia Sinica, 2Department of Chemistry, National Taiwan University

이 논문에서

요약

샘플 준비 과정 동안 개혁 결정 구조에 의해 MALDI 질량 분석에서 탄수화물 이온 신호를 향상을 위한 프로토콜은 설명 했다.

초록

샘플 준비는 탄수화물의 질량 분석 (MS) 분석에 중요 한 과정 이다. 매트릭스 보조 레이저 탈 착 또는 이온화 (MALDI) MS 선택 탄수화물 분석에서의 방법 이지만, 가난한 이온 신호 및 데이터 재현성 탄수화물 샘플의 심각한 문제가 계속. 탄수화물의 정량 분석을 위해 뛰어난 데이터 품질을 제공 하는 효과적인 분석 프로토콜은 필요 합니다. 이 비디오 신호 강도 향상 하 여 MALDI MS에서 탄수화물의 데이터 변화를 최소화 샘플 준비 프로토콜을 보여 줍니다. 건조와 샘플 방울의 결정 화, 후 크리스탈 형태학 대량 spectrometric 분석 전에 메탄올에 의해 개혁 이다. 탄수화물 신호에 향상은 MALDI 이미징 질량 분석 (IMS)으로 시험 된다. 실험 결과 크리스탈 개혁 결정 구조를 조정 하 고 재분배 탄수화물 analytes 보여 줍니다. 기존의 MALDI-MS, 메탄올 보여줍니다 훨씬 더 나은 신호 강도, 이온 이미지 배포 및 데이터 안정성과 개혁 탄수화물 크리스탈 형태학의 말린된 방울 준비 방법 비교 때문에 여기에서 설명 하는 프로토콜 샘플 구성에 변화를 포함 하지 않는, 그들은 일반적으로 다양 한 탄수화물과 행렬에 적용 됩니다.

서론

탄수화물 분석 한 중요 하 고 어려운 주제 이다입니다. 탄수화물과 그들의 유도체 재생 중요 한 역할 살고 있는 생물1,2,3. 이러한 분자 구조를 복잡 하 고 분해 하는 경향이 있다. 그들의 많은 명확 하 게 분리와 검출 때문 특징 될 수 없습니다. 매트릭스 보조 레이저 탈 착 또는 이온화 (MALDI) 질량 분석 (MS)의 다양 한 감도 및 이해할 수 있는 결과4, 생체 분석에 적용 된 있지만 계속 탄수화물 MALDI MS를 사용 하 여 분석 이러한 분자5의 낮은 이온화 효율 인해 주요 도전 하. 화학 derivatization 탄수화물6,7, 이온화 효율을 개선 하는 일반적인 방법 이지만 이러한 절차는 시간 및 샘플 사용. 게다가, derivatized 탄수화물의 이온화 효율의 단백질 보다 여전히 낮습니다. 따라서, 복잡 한 절차 없이 MALDI MS에서 탄수화물 신호를 개선 하는 방법의 개발이 필요 하다.

정량 분석에 MALDI MS의 응용 프로그램은 또 다른 도전 주제. MALDI MS의 주요 문제는 그것의 감도 및 데이터 재현성 실험적인 매개 변수 및 예제 준비 프로토콜에 비판적으로 의존. 대부분의 경우, MALDI MS에 의해 정량 분석 이기종 샘플 형태학 및 분석 배포 안정적입니다. 잘 알려진 예를 들어 2, 5-dihydroxybenzoic 산 (DHB) MALDI 매트릭스와 함께 준비 하는 샘플입니다. DHB는 주위 환경에서 천천히 결정은, 하는 때에 때문에 결과 샘플은 불규칙 한 형태학을 보여 매트릭스 결정으로 분석 법인의 범위 예측 가능한, 하지 않습니다. 큰 바늘 모양 및 결정이 이러한 샘플에 의하여 일반적으로 이루어져 있다. DHB는 휘발성 용 매 또는 온수 샘플 접시를 사용 하 여, 준비 하는 때 빠른 건조 과정 결과 더 균질 정밀한 결정 더 나은 양적 결과8,,910. 이 기술은 MALDI 샘플의 "recrystallization"로 알려져 있다. 개선 빠른 결정 화 과정에서 잘 매트릭스 결정으로 analytes의 더 나은 설립에 기인 된다. 우리 또한 그 탄수화물 신호 및 향상 된 양적 결과11,12의 감소 샘플 준비 환경 조정 시연 했다. 이 작품에서 발견 샘플 형태학 탄수화물 신호 품질을 결정 하는 중요 한 요소는 건의 한다. 매일 분석을 위한 일반적인 전략을 개발, 향상 된 탄수화물 감도 제공 하는 효율적인 샘플 개혁 방법이 필요 합니다.

우리는 체계적으로 최근 보고서13MALDI MS에서 샘플 형태학 및 탄수화물 감도 간의 상관 관계를 시험 했다. 결과 몇 가지 중요 한 탄수화물을 사용 하 여 얻은 고 행렬 표시 recrystallizing에 의해 최고의 신호 향상 실현은 MALDI 샘플 건조. 기존의 말린된 방울 (DD) 메서드를 사용 하 여 준비 하는 샘플의 형태는 메탄올 (MeOH)와 빠른 recrystallization에 의해 개혁 이다. 자세한 샘플 준비 프로토콜은 여기에 설명 했다. 샘플 접시 늘어진, 샘플 증 착 및 recrystallization, 및 질량 분석 분석을 포함 하 여 세 가지 주요 단계는 프로토콜에 의하여 이루어져 있다. 이용한 탄수화물 sialyl-루이스 (SLeA) 및 maltoheptaose (수소)를 포함합니다. DHB는 모델 매트릭스로 사용 됩니다. 결과 탄수화물 신호 강도 및 공간 유통 개선 현저 하 게 recrystallization 후 보여. 이러한 메서드는 샘플을 2,4,6-trihydroxyacetophenone (탑)와 α-cyano-4-hydroxycinnamic 산을 포함 하 여 다른 인기 행렬에 적용할 수 있습니다. 이 방법은 탄수화물 분석을 위한 실험실 루틴에 쉽게 통합 될 수 있는 일반적인 접근 방식으로 제공 합니다.

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프로토콜

1. 샘플 접시 늘어진

  1. 샘플 접시의 청소
    1. 청소 하는 동안 샘플 플레이트의 오염을 피하기 위하여 니트 릴 장갑을 착용 한다.
    2. 손 세척 세제 솔루션 (1.0 mg/mL)의 100.0 mL과 샘플 접시.
    3. 손-세척-이온 증 류 물 (DDW) 샘플 접시.
    4. 씻어 MeOH의 30.0 mL과 샘플 접시 표면.
    5. 샘플 접시는 완전히 물에 잠기 다 때까지 600 mL 비이 커에 채우기 DDW와 샘플 접시를 넣어.
    6. 비 커는 초음파에 넣어 ( 테이블의 자료를 참조) 목욕 하 고 15 분 (200 W, 40 kHz)의 샘플 접시를 sonicate.
    7. 샘플 접시를 꺼내와 물 방울 가압된 질소를 사용 하 여 날 려 버릴.
    8. 0.2 µ L MeOH의 MeOH 다른 장소에 확산 여부를 확인 하려면 샘플 접시에 입금.
      참고: 만약 다른 명소 MeOH 병합, 반복 단계 1.1.3-1.1.5; 그렇지 않은 경우에 다음 단계를 수행 하십시오.
  2. 챔버 온도 건조의 규제
    1. 안정적인 조건에서 건조 챔버를 사용 하 여 앞에서 설명한11,,1213방울, 건조. 특히, Ou, Y. M의 2.1-2.5 단계에서 설명 하는 자세한 절차를 사용 하 여. 외. 201612. 간단히:
      1. 낮은 상대 습도 환경을 유지 하기 위하여 일정 한 유량에서 실내 온도 질소에 의해 건조 챔버를 제거.
      2. 샘플 접시 온도 상수 정기적으로 (25 ° C) 또는 빠른 건조 조건 (50 ° C), 건조 챔버에서 온도 제어 구리 블록에 의해 규제를 유지.
  3. 매트릭스 및 분석 솔루션의 준비
    1. 매트릭스 솔루션의 준비
      1. DHB 50% 이기 (ACN)에서 해산: 50% DDW 0.1 M 솔루션을 준비 하.
    2. 탄수화물 analytes의 준비
      1. SLeA 10-4 M 솔루션을 준비 하는 DDW에서 디졸브.
      2. DDW 10-4 M 솔루션을 준비 하에서 수소를 분해.

2. 샘플 증 착 및 Recrystallization

참고: 작고 일반 양의 샘플을 분석 하기 위한 최적화 된 절차는 여기에 설명 되어 있습니다. 샘플 판 온도 솔루션을 입금 하기 전에 원하는 온도에서 안정 된 확인 하십시오. 샘플 recrystallization 동안 다른 샘플 명소를 충당 하기 위해 큰 영역 확산, 새로운 샘플 준비 또는 반복 단계 1.1.

  1. 샘플의 소량 (0.1 µ L)의 분석에 대 한
    참고:     다음 단계 샘플 및 시간 소비 최소화에 대 한 개발 되었습니다. 그것은 제한 된 금액 또는 정량화 분석에 대 한 빠른 IMS 실제 샘플의 정량 분석에 적합 합니다.
    1. 0.25 µ L DHB 솔루션 및 0.25 µ L SLeA 의 또는 microcentrifuge 관에서 수소 솔루션의 공기로
    2. 소용돌이 소용돌이 믹서를 사용 하 여 3 혼합된 솔루션 s.
    3. 스핀 2 미니 원심 분리기에서 혼합된 솔루션 다운 s (2000 x g).
    4. Premixed 솔루션의 0.1 µ L에 밖으로 그리고 즉시 샘플 접시에 그것을 예금 하는 피 펫을 사용 합니다.
      참고: 샘플의 작은 금액을 입금 하지 마십시오 유지 premixed 솔루션 10에 대 한 피 펫의 끝 s.
    5. 밖으로 건조에 샘플에 대 한 기다립니다. 전형적인 건조 시간은 표 1에 나열 됩니다.
    6. 한 피 펫을 사용 하 여 0.2 µ L MeOH의 말린된 샘플 자리에 바로 입금. 샘플 얻을 것 이다 즉시 밖으로 건조 하 고 젖은.
      참고: 증 착 절차는 3에 완료 확인 MeOH의 중요 한 증발 손실을 방지 하기 위해 s.
    7. 현미경을 사용 하 여 샘플을 검사 합니다. 크리스탈 형태학으로 예상된 (원하는 결과의 예를 그림 1 참조) 없는 경우, 새로운 샘플을 준비 하는 단계 2.1.1-2.1.6를 반복 합니다.
    8. 니트 릴 장갑 착용 하 고 신중 하 게 건조 실에서 샘플 접시를 꺼내.
  2. 샘플의 일정 금액 (1 µ L)의 분석에 대 한
    참고: 다음 단계는 일반적으로 이용한 MALDI 샘플 금액 탄수화물 샘플의 동질성을 극대화 하기 위한 개발 된다. 과정은 루틴 및 정량 분석에 적합 합니다. Recrystallization 프로세스 샘플 및 행렬 큰 지역에 균등 하 게 재분배.
    1. DHB 솔루션 및 2.5 µ SLeA L 또는 microcentrifuge 관에서 수소 솔루션의 2.5 µ L 공기로
    2. 소용돌이 소용돌이 믹서 5 premixed 솔루션 s.
    3. 스핀 2 미니 원심 분리기에서 혼합된 솔루션 다운 s (2000 x g).
    4. Premixed 솔루션의 1.0 µ L를 끌어낼 즉시 샘플 접시에 그것을 예금 하는 피 펫을 사용 합니다.
      참고: 하지 않습니다 나머지 사용 샘플 입금 후 다시 솔루션을 혼합.
    5. 밖으로 건조에 샘플에 대 한 기다립니다. 전형적인 건조 시간은 표 1에 나열 됩니다.
    6. 1.5 µ L MeOH의 말린된 샘플 자리에 바로 입금 하는 피 펫을 사용 합니다. 샘플 얻을 것 이다 즉시 밖으로 건조 하 고 젖은.
      참고: 높은 샘플 접시 온도 (50 ° C)의 경우, 5에서 recrystallization 단계를 수행 피 펫 팁에서 MeOH의 증발을 최소화 하기 위해 s.
    7. 현미경을 사용 하 여 샘플을 검사 합니다. 크리스탈 형태학으로 예상된 (원하는 결과의 예를 그림 1 참조) 없는 경우, 새로운 샘플을 준비 하는 단계 2.2.1-2.2.6를 반복 합니다.
    8. 니트 릴 장갑 착용 하 고 신중 하 게 건조 실에서 샘플 접시를 꺼내.

3. 질량 분석 데이터 수집 및 분석

참고: 분석은 상업적인 시간의 비행 질량 분 서 계 (자료 테이블) 갖춘 MALDI 이온 소스를 사용 하 여 수행 됩니다. 악기는 특정 제어 소프트웨어 (자료 테이블) 미리 최적화 된 추출 지연 및 레이저 에너지에 운영 됩니다. 스펙트럼은 m/z의 대량 범위 선형 모드에서 기록 됩니다 = 0-1500. 잠재적인 샘플 격판덮개는 ± 25 케빈과 모든 스펙트럼 평균 10 레이저 샷. 사용자는 악기 최적화와 호환 하는 소프트웨어를 사용 하 여 샘플 분석을 실시 하 고 악기 제조 업체의 지침에 따라 해야 합니다.

  1. 인스트루먼트 컨트롤 소프트웨어를 열고 ( 재료의 표참조).
  2. 질량 분석기에 샘플 접시를 삽입 합니다.
  3. 소프트웨어에서 사전 최적화 된 데이터 수집 방법을 선택 합니다.
  4. 이미징 소프트웨어를 사용 하 여 IMS에 대 한 전체 샘플 지역 등록 ( 재료의 표참조).
    참고: IMS를 하 고 그렇지 않다면이 단계를 건너뜁니다.
  5. 제어 소프트웨어의 일괄 처리 모드에서 데이터 수집을 시작 합니다.
  6. 데이터 수집 완료 후 이미징 소프트웨어를 사용 하 여 이온 이미지 플롯.
  7. 질량 스펙트럼 분석 소프트웨어를 사용 하 여 분석 ( 재료의 표참조)는 데이터는 이온 이미지 없이 기록 하는 경우.

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결과

SLeA 의 대표적인 SEM 이미지 DHB DD를 사용 하 여 준비와 혼합 하 고 recrystallization 메서드는 그림 1에 나와 있습니다. 전형적인 DHB 형태학 DD 메서드가 준비 테두리 샘플 관광 명소의 중심에 미세 결정 구조에서 큰 바늘 모양의 결정 이다. 이러한 바늘 모양 결정의 일반적인 길이 ~ 100 µ m. MeOH에 의해 recrystallization, 후 샘플 더 큰 지역 정밀한 조각 모양의 결정으로 균일 하 게 덮여 있다. "찌 질" 결정의 길이 대략 20-50 µ m. Recrystallized 견본 기존의 DD 샘플에 의해 생성 한 그들 보다 더 큰 효과적인 표면 영역을 제공.

IMS 결과 조각 모양의 결정 일반적으로 더 높은 탄수화물 신호 강도와 더 균질 ...

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토론

샘플이 MALDI 양 DD에서 중요 한 문제는 가장 일반적으로 사용 되는 샘플 준비 방법, 결과 결정은 매우 이질적인 것 이다. 이러한 샘플 가난한 쏜 총에 및 샘플 샘플 신호 재현성을 보여줍니다. 따라서, 데이터 수집 하는 동안 "달콤한 명소" 샘플 영역에 대 한 검색 MALDI 실험에서 일반적인 절차 이다. 이러한 다른 유형의 샘플 루틴 분석에 정량화를 위한 적합 하지 않습니다.

현재 연구에서 MALDI 샘플 형태학은 recrystallization에 의해 최적화 됩니다. 탄수화물 신호 강도 및 recrystallization 데이터 안정성 개선 탄수화물과 행렬 사이의 향상 된 합동에 기인 된다. 대부분 탄수화물과 행렬의 친수성 특성 때문에 MeOH MALDI 결정과 탄수화물 분해 효율적으로 수 있습니다. 관찰 증 착 및 MeOH의 빠른 증발 작은 조각 모양의 결정 구조에 대형 바늘 모양의 DHB 크리스탈 개혁 보여줍니다. 이 프로세스는 또한 샘플 분리를 최소화 하 고 표면 ...

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공개 사항

저자는 공개 없다.

감사의 글

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
시약
세제 분말, Alconox242985
메탄올머크, 106009
아세토니트릴머크100003,
2,5-디하이드록시벤조산(DHB)알파, AesarA11459
시알릴-루이스 A(SLeA)Sigma-AldrichS1782
MaltoheptaoseSigma-AldrichM7753
피펫 팁Mettler Toledo17005091
미세 원심분리기 튜브AxygenMCT-150-C
Equipment
Milli-Q 정수 시스템MilliporeZMQS6VFT1
파우더 프리 니트릴 장갑MicroflexSU-690
600 mL 비커Duran2110648
초음파 세척기DeltaDC300H
습도계Wisewind5330
질소 가스 유량계DwyerRMA-6-SSV
K 형 열전대Digitron311-1670
소용돌이 믹서과학 산업  SI-0236
미니 원심분리기Select BioProductsForce Mini 
피펫Rainin피펫 라이트 XLS
실체현미경OlympusSZX16
온도 제어 가능 건조 챔버이 실험실
Ultraflex II TOF/TOF 질량분석기Bruker Daltonics
MTP 384 타겟 플레이트, 광택 스틸, BCBruker Daltonics8280781
Flexcontrol 버전 3.4Bruker Daltonics제어 소프트웨어
Fleximaging 버전 2.1Bruker Daltonics이미징 소프트웨어
Flexanalysis 버전 3.4Bruker Daltonics분석 소프트웨어
, :

참고문헌

  1. Holme, D. J., Peck, H. Analytical Biochemistry. , 3rd edn, Addison Wesley Longman Limited. (1998).
  2. Costello, C. E. Time, life ... and mass spectrometry - New techniques to address biological questions. Biophysical Chemistry. 68 (1-3), 173-188 (1997).
  3. Caroff, M., Karibian, D. Structure of bacterial lipopolysaccharides. Carbohydrate Research. 338 (23), 2431-2447 (2003).
  4. 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).
  5. Harvey, D. J. Matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry of carbohydrates. Mass Spectrometry Reviews. 18 (6), 349-450 (1999).
  6. Ciucanu, I., Kerek, F. A simple and rapid method for the permethylation of carbohydrates. Carbohydrate Research. 131 (2), 209-217 (1984).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Ou, Y. -M., et al. Preparation of Homogeneous MALDI Samples for Quantitative Applications. Journal of Visualized Experiments. (116), e54409(2016).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Sadeghi, M., Vertes, A. Crystallite size dependence of volatilization in matrix-assisted laser desorption ionization. Applied Surface Science. 127 (Supplement C), 226-234 (1998).

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