Software Utilizing Positive and Negative Ion MS2/MS3 HCD and CID Spectra for Improved MSn Lipid Identification

Význam tématu

Analýza lipidů hraje klíčovou roli v porozumění biochemických procesů, patofyziologie nemocí i agronomických fenoménů. Untargeted lipidomika umožňuje zachytit celkový profil mastných kyselin, glycerolipidů, fosfolipidů a dalších lipidických tříd, což je zásadní pro odhalení strukturálních variací a biomarkerů.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem studie bylo demonstrovat nový workflow pro untargeted lipidomiku využívající kombinaci HCD MS2 a CID MS2/MS3 na Orbitrap ID-X Tribrid MS. Modelovým materiálem byly lipidové extrakty z larev západní kuklicové drátovce (western corn rootworm), ve kterých autoři sledovali různé růstové fáze a dietní podmínky.

Použitá metodika a instrumentace

Pro chromatografii byla použita kolona Accucore C30 (2,1 × 150 mm, 2,7 µm) na Vanquish UHPLC. Spektrometrické analýzy probíhaly na Thermo Scientific Orbitrap ID-X Tribrid MS v módu LC-dd-MSn s rozlišením MS1 120 000 a MS2/MS3 15 000. Workflow Acquire-X automaticky generovalo inclusion/exclusion listy pro cílené MSn. Interními standardy byly SPLASH LipidoMIX® od Avanti Polar Lipids. Data zpracováno softwarovým balíkem LipidSearch 4.2.9 beta.

Hlavní výsledky a diskuse

• Detekováno a anotováno až 972 vysoce kvalitních lipidových druhů s CV pod 7 %.
• HCD MS2 sekundární iontizace odhalila neutral losses mastných kyselin a NH₃, což umožnilo široké pokrytí triacylglycerolů, diglyceridů a sterolových esterů.
• CID MS3 analýza rozlišila izomerní TG 48:1 (14:0_18:1_16:0 vs. 16:0_16:1_16:0) a PI izomery (18:1_18:3 vs. 18:2_18:2), které ko-elutovaly.
• Odhaleny fenotypické rozdíly v profilech PI ve vztahu k instar fázi a dietě larev.

Přínosy a praktické využití metody

Workflow spojující pozitivní i negativní ionizaci a vícestupňové fragmentační metody nabízí:

• Vyšší jistotu anotací lipidů díky kombinaci HCD a CID MSn spekter.
• Možnost charakterizovat složité biologické vzorky (plazma, tkáně, hmyz) bez předchozího cílení.
• Quantifikaci nízkoabundantních izomerů pomocí stabilně značených interních standardů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozšiřování lipidových databází a zlepšení algoritmů pro automatickou interpretaci vícestupňových fragmentací. Integrace s omickými daty (proteomika, metabolomika) umožní komplexnější pohled na buněčné dráhy. Dále lze uvažovat o aplikaci automatizovaných AI nástrojů na rozpoznávání lipidových vzorců a predikci biologických účinků.

Závěr

Prezentovaný LC-dd-MSn workflow na Orbitrap ID-X kombinuje cílené HCD a CID fragmentace, což významně zvyšuje hloubku i spolehlivost lipidomické analýzy. Dokázal odhalit izomerní lipidové druhy i jejich fenotypické odchylky v biologických vzorcích.

Reference

1. Gachotte D., Adelfinskaya Y., Gilbert J., Kiyonami R., Peake D., Yokoi Y. Increased Depth and Confidence of Lipidome Analysis from Insect Tissues using Chromatography Based Methods with High-resolution Orbitrap MSn, ThP 544, Proceedings of the 66th ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics, San Diego, 2018.
2. Murphy R.C. Tandem Mass Spectrometry of Lipids: Molecular Analysis of Complex Lipids, Royal Society of Chemistry, Cambridge, 2015.
3. Liebisch G., Vizcaíno J.A., Shorthand notation for lipid structures derived from mass spectrometry, J. Lipid Res. 2013, 54, 1523–1530.
4. Köfeler H., Trötzmüller M., Griffiths W.J., Schmitz G., Spener F., Wakelam M.J.O. Combined LC/MS platform for analysis of all major stratum corneum lipids, Biochim. Biophys. Acta 2014, 1841, 70–79.