Large-Scale Lipid Profiling of a Human Serum Lipidome Using a High-Resolution, Accurate-Mass LC/MS/MS Approach
Aplikace | 2016 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
Profilování lipidů hraje klíčovou roli v porozumění fyziologii buněk i patofyziologii onemocnění. Lipidy se podílejí na buněčných membránách, energetickém metabolismu a signalizaci, přičemž změny v jejich složení jsou spojovány s chorobami jako diabetes či rakovina. Vzhledem k vysoké chemické a strukturální rozmanitosti lipidů je nezbytné využít vysoce selektivní chromatografii a přesnou hmotnostní spektrometrii pro spolehlivou identifikaci a kvantifikaci lipidových izomerů.
Cílem studie bylo vyvinout a ověřit robustní UHPLC–HRAM MS/MS platformu pro komplexní lipidomické profilování lidské séry a plazmy. Použita byla kombinace nového UHPLC Acclaim C30 sloupce (2,1×250 mm, 1,9 µm) a high-resolution Orbitrap hmotnostního analyzátoru Q Exactive HF spolu se softwarovým balíčkem LipidSearch. Pro validaci byly analyzovány čtyři standardizované vzorky (tři lidské séra s různou dietou a jeden plazmatický pool od NIST).
Porovnání C30 a komerčních C18 sloupců prokázalo selektivnější separaci geometrických izomerů triglyceridů (TG). Na C30 sloupci bylo detekováno 14 izomerů TG(55:3) oproti 5 na C18. Celkem bylo z lidských sérových/plazmatických vzorků identifikováno a kvantifikováno 973 lipidových molekulárních druhů (ChE, DG, TG, PC, LPC, PE/LPE, PI, Cer, CerG, SM). Kvantifikace vykazovala vysokou přesnost (většina CV <15 %, pro TG izomery <7 %). PCA analýza dat vedla k jasnému rozlišení vzorků dle diety dárců. Příkladem je vyšší zastoupení 18:2/18:3 TG v séru po lněném oleji a snížené hladiny TG po rybím oleji.
Platforma přináší:
Perspektivou je integrace iontové mobility pro další rozlišení izomerů, zkrácení doby analýzy pomocí ultrarychlých gradientů, vývoj nových softwarových nástrojů pro širší lipidovou databázi a aplikace v personalizované medicíně, nutričním výzkumu či environmentální analýze lipidů.
Popsaná UHPLC–HRAM MS/MS metoda s C30 sloupcem a Orbitrap Q Exactive HF umožňuje vysokou selektivitu i citlivost pro komplexní lipidomické studie lidské séry a plazmy. Kombinace chromatografického rozlišení izomerů a přesného hmotnostního měření přináší rutinní identifikaci téměř tisíce lipidů v jediném běhu s vynikající reprodukovatelností.
LC/HRMS, LC/MS, LC/MS/MS, LC/Orbitrap
ZaměřeníLipidomika
VýrobceThermo Fisher Scientific
Souhrn
Význam tématu
Profilování lipidů hraje klíčovou roli v porozumění fyziologii buněk i patofyziologii onemocnění. Lipidy se podílejí na buněčných membránách, energetickém metabolismu a signalizaci, přičemž změny v jejich složení jsou spojovány s chorobami jako diabetes či rakovina. Vzhledem k vysoké chemické a strukturální rozmanitosti lipidů je nezbytné využít vysoce selektivní chromatografii a přesnou hmotnostní spektrometrii pro spolehlivou identifikaci a kvantifikaci lipidových izomerů.
Cíle a přehled studie
Cílem studie bylo vyvinout a ověřit robustní UHPLC–HRAM MS/MS platformu pro komplexní lipidomické profilování lidské séry a plazmy. Použita byla kombinace nového UHPLC Acclaim C30 sloupce (2,1×250 mm, 1,9 µm) a high-resolution Orbitrap hmotnostního analyzátoru Q Exactive HF spolu se softwarovým balíčkem LipidSearch. Pro validaci byly analyzovány čtyři standardizované vzorky (tři lidské séra s různou dietou a jeden plazmatický pool od NIST).
Použitá metodika a instrumentace
- Extrahování lipidů: směs chloroform–methanol–voda s použitím sad deuterovaných interních standardů (Avanti).
- UHPLC parametrizace: Thermo Dionex UltiMate 3000 RSLC, Acclaim C30 sloupec 45 °C; mobilní fáze A = 60:40 acetonitril/voda, B = 90:10 isopropanol/acetonitril, obě s 10 mM formiátu a 0,1 % kyseliny mravenčí; gradient 0–60 min.
- MS/MS analýza: Thermo Q Exactive HF s HESI-II zdrojem v pozitivním i negativním režimu, top15 dd-MS² strategie, rozlišení full-scan 120 000 FWHM, MS² 30 000 FWHM, přesnost <3 ppm.
- Software: LipidSearch 4.1, tolerance prekurzoru a fragmentu ±5 ppm, filtrační kritéria mScore >20, hlavní addukty pro každou lipidovou třídu.
Hlavní výsledky a diskuse
Porovnání C30 a komerčních C18 sloupců prokázalo selektivnější separaci geometrických izomerů triglyceridů (TG). Na C30 sloupci bylo detekováno 14 izomerů TG(55:3) oproti 5 na C18. Celkem bylo z lidských sérových/plazmatických vzorků identifikováno a kvantifikováno 973 lipidových molekulárních druhů (ChE, DG, TG, PC, LPC, PE/LPE, PI, Cer, CerG, SM). Kvantifikace vykazovala vysokou přesnost (většina CV <15 %, pro TG izomery <7 %). PCA analýza dat vedla k jasnému rozlišení vzorků dle diety dárců. Příkladem je vyšší zastoupení 18:2/18:3 TG v séru po lněném oleji a snížené hladiny TG po rybím oleji.
Přínosy a praktické využití metody
Platforma přináší:
- Rozšířené pokrytí lipidomu včetně izomerů.
- Vysoce selektivní separaci složitých lipidových směsí.
- Přesnou kvantifikaci v širokém dynamickém rozsahu.
- Rychlý a automatizovaný workflow vhodný pro biomarkerový výzkum, klinické studie a QA/QC aplikace.
Budoucí trendy a možnosti využití
Perspektivou je integrace iontové mobility pro další rozlišení izomerů, zkrácení doby analýzy pomocí ultrarychlých gradientů, vývoj nových softwarových nástrojů pro širší lipidovou databázi a aplikace v personalizované medicíně, nutričním výzkumu či environmentální analýze lipidů.
Závěr
Popsaná UHPLC–HRAM MS/MS metoda s C30 sloupcem a Orbitrap Q Exactive HF umožňuje vysokou selektivitu i citlivost pro komplexní lipidomické studie lidské séry a plazmy. Kombinace chromatografického rozlišení izomerů a přesného hmotnostního měření přináší rutinní identifikaci téměř tisíce lipidů v jediném běhu s vynikající reprodukovatelností.
Reference
- Fahy E. et al. LIPID MAPS comprehensive classification system for lipids. J. Lipid Res. 2009, 50, S9–S14. doi:10.1194/jlr.R800095-JLR200
- Xu Q. et al. Separation of cis and trans isomers of crotamiton using an Acclaim C30 column. Thermo Fisher Scientific Application Brief, #138
- Kiyonami R. et al. Increased identification coverage and throughput for complex lipidomes. Thermo Fisher Scientific Application Note, #607
- Johnson W.L. et al. Methods for Changing Peak Resolution in HPLC: Advantages and Limitations. LC/GC, Special Issues, Apr 01 2013
- Bird S. et al. Lipidomics profiling by high-resolution LC-MS and high-energy collisional dissociation fragmentation: focus on characterization of mitochondrial cardiolipins and monolysocardiolipins. Anal. Chem. 2011, 83, 940–949. doi:10.1021/ac102598u
- Isaac G. et al. Lipid profiling of serum samples from calcific coronary artery disease patients using UPLC/TOF-HDMSE and multivariate data analysis. ASMS 2012 Poster
- Kiyonami R. et al. Rapid phospholipid characterization using a novel intelligent workflow on a tribrid orbitrap mass spectrometer. ASMS 2015 Poster
- Peake D.A. et al. Processing of a complex lipid dataset for the NIST Inter-Laboratory Comparison Exercise for Lipidomics Measurements in Human Serum and Plasma. ASMS 2015 Poster
Podobná PDF
IMSC: Identification of Phospholipid Species Implicated in Dementia by Untargeted LC/HRMS and Data Dependent MS/MS
2016|Thermo Fisher Scientific|Postery
Results: Fatty acids comprising the molecular phospholipid species were unambiguously identified. ne Proteome Discoverer software is a node-based workflow engine and study management 55 platform for analysis of mass spectrometry-based proteomics datasets. The latest released version 2.1 fully supports isotopically-labeled…
Klíčová slova
hcd, hcdspecies, speciescid, cidlipid, lipidyes, yeshco, hcophospholipids, phospholipidsandand, andanddementia, dementiappm, ppmidentification, identificationlipids, lipidsfigure, figurepcpc, pcpclipidsearch
IMSC: Facilitate Biomarker Discovery Using Integrated “Omics” Differential Analysis with High Resolution Accurate LC/MS
2016|Thermo Fisher Scientific|Postery
Li three lean and three fatty Zucker rats were analyzed. With the multiple “omics” workflows developed here we were able to simultaneously identify quantify hundreds of individualto unbiased clinical biomarker discovery research of Application of and “omics” technologies molecular lipid…
Klíčová slova
zdf, zdflipid, lipidplasma, plasmaandand, andandlipidlipid, lipidlipidlean, leanthethe, thetheomics, omicsspecies, speciesrat, ratchanges, changeswere, wereglycoproteomics, glycoproteomicsfigure, figureareare
Increased Throughput and Confidence for Lipidomics Profiling Using Comprehensive HCD MS2 and CID MS2/MS3 on a Tribrid Orbitrap Mass Spectrometer
2016|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
Reiko Kiyonami1, David A Peake1, Yasuto Yokoi2, and Ken Miller1 1 Thermo Fisher Scientific, San Jose, CA, USA; 2Mitsui Knowledge Industry, Tokyo, Japan Key Words Orbitrap Fusion Lumos MS, high resolution, accurate mass, lipid profiling, intelligent scan functions, triglyceride (TG),…
Klíčová slova
lipid, lipidfusion, fusionlumos, lumosorbitrap, orbitrapion, ionspecies, speciescharacterization, characterizationhcd, hcdlipidomics, lipidomicsmsn, msnids, idsprofiling, profilingmolecular, molecularlipids, lipidsfatty
Grant application resource: Thermo Scientific Orbitrap ID-X Tribrid mass spectrometer for metabolomics, lipidomics and structural elucidation
2018|Thermo Fisher Scientific|Technické články
WHITE PAPER 65364 Grant application resource: Thermo Scientific Orbitrap ID-X Tribrid mass spectrometer for metabolomics, lipidomics and structural elucidation Author Goal Thermo Fisher Scientific This document is intended to provide conclusive reasons to justify upgrading from a Thermo Scientific™ Q…
Klíčová slova
orbitrap, orbitrapacquirex, acquirexmsn, msntribrid, tribridmass, massdda, ddainclusion, inclusionexactive, exactivehcd, hcdannotation, annotationexclusion, exclusionlist, listspectrometer, spectrometermetabolomics, metabolomicsion