Здесь представлен метод скрининга липидных структур с помощью мечения стабильными изотопами с использованием времени их удержания, подвижности и фрагментации.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Здесь представлен метод скрининга липидных структур с помощью мечения стабильными изотопами с использованием времени их удержания, подвижности и фрагментации.
Липиды очень разнообразны, и небольшие изменения в структуре и составе липидов могут оказывать глубокое влияние на важнейшие биологические функции. Мечение стабильными изотопами (SIL) дает ряд преимуществ для изучения распределения, мобилизации и метаболизма липидов, а также синтеза липидов de novo . Для успешной реализации методики SIL необходимо устранить интерференции от эндогенных молекул. В настоящей работе мы описываем высокопроизводительный аналитический протокол для скрининга липидов SIL из биологических образцов; Будут показаны примеры идентификации липидов de novo во время развития яичников комаров. Использование комплементарной жидкостной хроматографии, спектрометрии подвижности захваченных ионов и масс-спектрометрии позволяет отделить и распределить липиды из одного образца за одно сканирование (<1 ч). Описанный подход использует преимущества последних разработок в области сбора, зависящего от данных, и сбора, независимого от данных, с использованием параллельного накопления в ловушке мобильности с последующей последовательной фрагментацией и диссоциацией, вызванной столкновением. Измерение SIL на уровне цепи жирных кислот выявляет изменения в динамике липидов во время развития яичников комаров. Структуры липидов de novo надежно присваиваются на основе времени их удержания, подвижности и характера фрагментации.
При анализе липидных данных мечение стабильными изотопами (SIL) является эффективным методом оценки метаболических путей в живых организмах. В этом методе атомы внутри анализируемого вещества заменяются стабильными изотопами, содержащими 13C или 2H. Эти изотопы в дальнейшем включаются в предшественники, которые позже встраиваются в жирные кислоты, обозначая области, в которых они находятся. С помощью этих изотопов можно идентифицировать распределение и метаболизм липидов, так как они будут контрастировать на немаркированном фоне1. Обычные масс-спектрометрические платформы не способны различать сигнал, поступающий от эндогенных молекул2. Успех SIL требует использования аналитических инструментов со сверхвысоким разрешением. Жидкостная хроматография в сочетании со спектрометрией подвижности захваченных ионов с высоким разрешением, параллельным накоплением, последовательной фрагментацией-времяпролетной тандемной масс-спектрометрией (LC-TIMS-PASEF-TOF-MS/MS) позволяет разделять меченые и немеченые виды2. Преимущество анализа LC-TIMS-PASEF-TOF-MS/MS заключается в том, что сигнал МС может быть отфильтрован по времени удержания (RT) и подвижности, что снижает потенциальную интерференцию эндогенных молекул, а также количественное определение и разделение всех желаемых веществ. В TIMS ион сначала удерживается неподвижно против газомобильной фазы, а затем высвобождается в соответствии с его подвижностью. Это обеспечивает получение мобилограмм с высоким разрешением при работе при более низком напряжении по сравнению с более ранними приборами IMS3. Мобилограммы представляют собой графики зависимости массы заряда от времени дрейфа, которые можно использовать для различения соединений на основе времени их дрейфа и величины перекрытия4.
Использование дополнительной техники PASEF значительно увеличивает скорость секвенирования без ущерба для чувствительности5. Теория PASEF предполагает накопление ионов с последующим их последовательным высвобождением в порядке их подвижности. Это делается путем накопления ионов в параллельном выравнивании по их подвижности. Накопление таким образом предотвращает потерю ионов. Кроме того, выбор ионов-предшественников происходит одновременно с накоплением и высвобождением ионов. С помощью этого метода PASEF выбирает несколько прекурсоров последовательно во время каждого сканирования TIMS, а не отдельные предшественники за сканирование, типичное для прибора TIMS, в котором не используется PASEF. Когда ионы-предшественники одновременно накапливаются и высвобождаются с пиками в 2 мс в течение сканирования TIMS с частотой примерно 100 мс на кадр, сигнал усиливается более чем на один порядок, тем самым увеличивая отношение сигнал/шум3. Дополнение PASEF к TIMS повышает эффективность MS/MS. Поскольку TIMS-PASEF связан с MS/MS, возможна более эффективная фрагментация. В отличие от обычного детектирования МС/МС, сигнал прекурсора сжимается из TIMS-PASEF, и ионы фрагментов детектируются одновременно с временем элюирования TIMS и положением подвижности ионов предшественника3.
При получении данных с масс-спектрометра существуют опции в желаемом режиме сканирования. Данные, зависимые от сбора данных (DDA) выбирают ионы-предшественники из сканирования MS1 на основе их распространенности, прежде чем фрагментировать их и выполнить сканирование MS2. Этот режим сканирования фрагментирует как можно больше предшественников. Подход DDA является целенаправленным, и результаты будут зависеть от выбора ионов3. Тем не менее, DDA-PASEF часто имеет проблемы с воспроизводимостью между репликациями. В то время как DDA является отличным инструментом для целенаправленного анализа, сложные смеси имеют большие трудности при сборе данных6. Это связано с тем, что одновременно можно контролировать только небольшое количество ионов3. Независимый сбор данных (DIA) — это метод, при котором предварительно выбранные окна m/z фрагментируются независимо от их интенсивности, и все они сканируются в диапазоне7. В этом режиме сканирования целые ионные облака передаются из IMS на масс-спектрометр3. В исследованиях протеомики это приводит к количественному определению большего количества белков за более короткий промежуток времени по сравнению с DDA. Кроме того, DIA пропускает меньше значений m/z по сравнению с DDA. Таким образом, эта альтернатива продемонстрировала значительное улучшение воспроизводимости данных в соотношении сигнал/шум и лучшую количественную оценку по сравнению с DDA. В данной работе наша цель состоит в том, чтобы реализовать DIA в методе, описанном Tose et al.2. Мы улучшили воспроизводимость и интенсивность сигналов, получив дополнительную и более убедительную информацию о мобилизации, распределении и метаболизме липидов SIL в биологических образцах, используя преимущества сбора DDA и DIA.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Подготовка образцов
2. Настройка прибора
3. Калибровка
4. Анализ данных
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Мечение стабильных изотопов облегчает визуализацию триглицеридов в исследованиях динамики липидов самок яичников комаров. В области 2D-подвижности триглицерид 48:1 отображается в области с определенным временем удержания по отношению к подвижности 1/K0. Интенсивность триглицеридов можно визуализировать по более темной синей линии. Другие пятна представляют собой дополнительные триглицериды, обнаруженные в яичнике. Время удержания и подвижность варьируются из-за различий в массах и структурах, поэтому проявляют...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
При оценке использования этого протокола важно убедиться, что параметры DIA-PASEF и MS/MS применимы к рассматриваемым триглицеридам. В частности, окна мобильности и ширина окон должны соответствовать схеме триглицеридов. Это можно определить с помощью предыдущего прогона с помощью метода DDA. При отслеживании триглицеридов во внутреннем стандарте окна для создания DIA должны охватывать все предварительно идентифицированные молекулы, представляющие интерес. Все окна должны быть одинакового размера, а диапазоны должны нахо...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Мэтью Уиллеттс и Мелвин А. Парк являются сотрудниками компании Bruker Daltonics Inc, производителя коммерческого инструмента timsTOF. Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих финансовых интересов.
Авторы хотели бы выразить признательность доктору Сезару Рамиресу за его вклад в разработку метода. Это исследование финансировалось грантами NIAID R21AI167849 FGN, проект 22-21244S от Чешского научного фонда, Чешская Республика до Миннесоты.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Accucore C30 colum | Thermo Fisher Scientific | 27826-252130 | |
| Bruker Compass Анализ данных | Bruker Daltonics Inc | 2363525870 | версии 5.2 |
| d-глюкоза-13C6 | Sigma-Aldrich | ||
| пробирки eppendorf | Fisher Scientific | 14-282-300 | |
| EquiSplash Lipidomix | Avanti Polar Lipids | 330731-1EA | |
| стеклянные флаконы | Thermo Fisher Scientific | 11-417-236 | |
| тяжелая вода (2H2O) | Sigma-Aldrich | 1.13366 | |
| полипропиленовые пестики | Fisher Scientific | BAF199230001 | |
| Prominence LC-20 CE сверхбыстрый жидкостный хроматограф | Shimadzu | L20234651907 | |
| вставки из силанизированного стекла | Thermo Fisher Scientific | 03-251-826 | |
| Sucrose-13C12 | Sigma-Aldrich | ||
| timsTOF | Bruker Daltonics Inc | 1.84443E+11 | |
| Стандарт калибровки смеси для настройки | Agilent Technologies | 36 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.