ANALYSIS OF LIPID SIGNALING CLASS ANALYTES USING A TRAVELLING WAVE CYCLIC ION MOBILITY SEPARATOR

Význam tématu

Lipidové signální analyty představují klíčovou skupinu biomolekul podílejících se na strukturálních, energetických i signalizačních procesech v živých organismech. Jejich komplexní chemická rozmanitost a izobarická povaha však kladou vysoké nároky na analytické metody. Integrace ion mobility spektrometrie (IMS) do workflow hmotnostní spektrometrie zvyšuje kapacitu systému a umožňuje efektivní separaci izomerů, čímž podporuje přesnější charakterizaci lipidů.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo ověřit schopnost cyklického víceprůchodového travelling-wave IMS (cIM) spojit s oa-ToF hmotnostním spektrometrem pro separaci a strukturní elucidaci cis/trans izomerů mastných kyselin, glycerofosfocholínů, steroidů a prostaglandinů. Studie ukazuje optimalizaci počtu průchodů pro zvýšení IMS rozlišení a následnou CID fragmentaci post IMS.

Použitá metodika a instrumentace

• SELECT SERIES Cyclic IMS (Q-cIM-oaTOF) s 98 cm obvodovou délkou RF iontového průvodce a více než 600 elektrodami pro travelling-wave IMS.
• Variabilní počet průchodů (cyklů) pro úpravu IMS rozlišení a doby zdržení iontů.
• ESI zdroj pracující v pozitivním i negativním režimu pro analýzu mastných kyselin (FA), glycerofosfocholínů (PC), steroidů a prostaglandinů.
• CID fragmentace mezi IMS a oa-ToF pro získání strukturálních informací o izomerických formách.

Hlavní výsledky a diskuse

• Mononenasycené mastné kyseliny: cis izomery vykazují kompaktnější konformace než trans izomery. Počet cyklů potřebných k dosažení valey <10 % mezi vrcholy se zvyšuje s délkou řetězce a pozicí dvojné vazby.
• Dvou a trojnásobně nenasycené FA a PC: širší a částečně nerozlišené IMS profile, vyžadující nižší rozlišení než mononenasycené.
• Steroidy a prostaglandiny: většina izomerických párů byla plně nebo částečně separována při ~50 % z dostupného IMS rozlišení pro FA.
• CID fragmentace po IMS poskytla jednoznačné produktové ionty pro rozlišení izomerů a potvrzení dvojné vazby či funkčních skupin.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje selektivní separaci a identifikaci izotermických lipidních izomerů bez nutnosti dlouhých chromatografických běhů. Zvýšené IMS rozlišení usnadňuje kvalitativní i kvantitativní analýzy v metabolomice, lipidomice, farmaceutickém výzkumu a klinické analytice.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace cIM–MS do vysoce propustných workflow pro screening biologických vzorků.
• Další rozvoj IMSn strategií pro hloubkovou charakterizaci komplexních lipidních směsí.
• Využití strojového učení pro automatickou interpretaci IMS-CID dat a predikci struktury.
• Rozšíření aplikací na proteolipidomiku a glykolipidomiku.

Závěr

Cyklická travelling-wave IMS kombinovaná s oa-ToF MS nabízí výjimečné rozlišení izobarických lipidních izomerů. Variabilní počet průchodů umožňuje adaptivní úpravu rozlišení podle chemických vlastností analyzovaných látek. Následná CID fragmentace po IMS poskytuje detailní strukturální informace, čímž metoda významně rozšiřuje možnosti analýzy lipidních signálních molekul.

Reference

• Giles K, Wildgoose JL, Pringle S, Garside J, Carney P, Nixon P, Langridge DJ. In 62nd Annual ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics, Baltimore, MD, June 15–19, 2014.
• Wojcik R, Webb IK, Deng L, Garimella SV, Prost SA, Ibrahim YM, Baker ES, Smith RD. Lipid and Glycolipid Isomer Analyses Using Ultra-High Resolution Ion Mobility Spectrometry Separations. Int J Mol Sci. 2017 Jan 18;18(1).
• Kyle JE, Zhang X, Weitz KK, Monroe ME, Ibrahim YM, Moore RJ, Cha J, Sun X, Lovelace ES, Wagoner J, Polyak SJ, Metz TO, Dey SK, Smith RD, Burnum-Johnson KE, Baker ES. Uncovering biologically significant lipid isomers with liquid chromatography, ion mobility spectrometry and mass spectrometry. Analyst. 2016 Mar 7;141(5):1649-59.