Protein and Peptide Mass Spectrometry Imaging on the MALDI-8020 Benchtop MALDI-TOF Mass Spectrometer

Význam tématu

Metoda MALDI-TOF mass spectrometry imaging (MSI) umožňuje lokalizovat a zobrazit distribuční mapy biomolekul přímo v tkáňových řezech. V preklinickém výzkumu, farmaceutickém vývoji i biomedicínských studiích je identifikace a prostorové rozložení proteinů a peptidů klíčové pro porozumění biochemickým procesům a patologii onemocnění.

Cíle a přehled studie / článku

Tento dokument popisuje aplikaci cenově dostupného benchtop MALDI-8020 lineárního TOF spektrometru pro zobrazování intactních proteinů a peptidů v mozkových řezech potkana. Cílem je demonstrovat rychlý pracovní postup od přípravy vzorku až po analýzu a vizualizaci výsledků.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky: Mozkové řezy potkana na ITO sklíčkách.

• Delipidace a odsolení: šestistupňový protokol (ethanol, Carnoyovo činidlo, voda).
• On-tissue trávení: nanesení trypsinu pomocí SunCollect sprayeru, inkubace v rehydratační komoře (37 °C, 18 h).
• Matrix depozice pro peptidy: α-cyano-4-hydroxycinnamová kyselina (CHCA) ve směsi ACN/TFA.
• Matrix depozice pro proteiny: sinapinová kyselina ve směsi ACN/TFA aplikovaná iMLayer AERO.
• MSI akvizice: lineární režim, krok 50 µm, rozsahy 300–3000 m/z (peptidy) a 3000–30000 m/z (proteiny).

Instrumentace:

• MALDI-8020 benchtop lineární TOF MS (Shimadzu).
• SunCollect sprayer (SunChrom, Německo).
• iMLayer AERO automatický nanášecí přístroj (Shimadzu).
• Software IonView pro analýzu MSI dat.

Hlavní výsledky a diskuse

Peptidové MSI prokázalo lokalizaci signálů myelin basic proteinu (MBP) v bílé hmotě mozku (m/z ~726,4 a 1336,6) a dalších dosud neznámých peptidů v cerebellu a šedé hmotě. Intaktní proteinové MSI odhalilo signály charakteristických mozkových proteinů, například neurograninu (m/z ~7536), ubiquitinu (~8565) a MBP (~14125). Akvizice kompletního řezu mozku trvala 2 h 50 min (peptidy) a 3 h 47 min (proteiny).

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá výměna vzorkových desek (<3 min) a krátký čas přípravy instrumentu.
• Možnost optimalizace metod v rozumném časovém horizontu.
• Detekce proteinů až do ~16 kDa v lineárním režimu bez komplikované top-end výbavy.
• Široká aplikovatelnost na různé tkáňové typy a analytické cíle (farmak distribuce, patologické změny).

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj MSI by měl směřovat k integraci MS/MS pro potvrzení identifikace peptidů, zlepšení spatialního rozlišení pod 10 µm a rozšíření rozsahu detekovaných hmotností nad 20 kDa. Kombinace s dalšími zobrazovacími modalitami (např. optická mikroskopie, imunohistochemie) umožní komplexnější biologický kontext.

Závěr

Benchtop MALDI-8020 instrument nabízí výkonnou a cenově dostupnou platformu pro MSI proteinů a peptidů v tkáňových řezech. Demonstrace workflow od přípravy vzorku až po vizualizaci potvrzuje vhodnost této technologie pro výzkumné i vzdělávací laboratoře.

Reference

• Yang Y. et al. Matrix sublimation/recrystallization for imaging proteins by mass spectrometry at high resolution. Anal. Chem. 2011, 83, 5728–5734.
• Heijs B. et al. Brain region-specific dynamics of on-tissue protein digestion using MALDI Mass Spectrometry Imaging. J. Proteome Res. 2015, 14, 5348–5354.
• Schmitt N. et al. Genetically Encoded Fluorescent Proteins Enable High-Throughput Assignment of Cell Cohorts Directly from MALDI-MS Images. Anal. Chem. 2019, 91(6), 3810–3817.
• Groseclose M.R. et al. Identification of proteins directly from tissue: in situ tryptic digestions coupled with imaging mass spectrometry. J. Mass Spectrom. 2007, 42, 254–262.
• Franck E. & Rawlins C. MALDI mass spectrometry imaging of proteins exceeding 30000 Da. Med. Sci. Monit. 2010, 16(9), BR293–BR299.