Лазерная десорбция/ионизация с усилением поверхности
| Акроним | ПРОДАЛ |
|---|---|
| Аналиты | Биомолекулы |
| Другие методы | |
| Связанный | Лазерная десорбция/ионизация с помощью матрицы Мягкая лазерная десорбция Поверхностная лазерная десорбция/ионизация |
Лазерная десорбция/ионизация с усилением поверхности ( SELDI ) — это метод мягкой ионизации в масс-спектрометрии (МС), используемый для анализа белков смесей . Это разновидность матричной лазерной десорбции/ионизации (MALDI). [1] [2] В MALDI образец смешивается с матричным материалом и наносится на металлическую пластину перед облучением лазером. [3] тогда как в SELDI интересующие белки в образце связываются с поверхностью перед МС-анализом. Поверхность образца является ключевым компонентом очистки , десорбции и ионизации образца. SELDI обычно используется с времяпролетными масс-спектрометрами (TOF) и используется для обнаружения белков в образцах тканей, крови , моче или других клинических образцах, однако технология SELDI потенциально может использоваться в любом приложении путем простой модификации образца. поверхность. [1] [2]
Подготовка проб и оборудование
[ редактировать ]
SELDI можно рассматривать как комбинацию твердофазной хроматографии и TOF-MS. Образец наносится на модифицированную поверхность чипа, что обеспечивает специфическое связывание белков образца с поверхностью. Затем загрязнения и несвязанные белки смываются. После промывки образца на поверхность наносится энергопоглощающая матрица, такая как синапиновая кислота (SPA) или α-циано-4-гидроксикоричная кислота (CHCA), и ей дают возможность кристаллизоваться вместе с образцом. [1] [2] Альтернативно, матрица может быть прикреплена к поверхности образца путем ковалентной модификации или адсорбции перед нанесением образца. [4] Затем образец облучается импульсным лазером, вызывая абляцию и десорбцию образца и матрицы. [1] [2]
ПРОДАНО-TOF-MS
[ редактировать ]Образцы, нанесенные на поверхность SELDI, обычно анализируются с использованием времяпролетной масс-спектрометрии. Облучающий лазер ионизирует пептиды из кристаллов смеси образец/матрица. Матрица поглощает энергию лазерного импульса, предотвращая разрушение молекулы, и передает заряд молекулам образца, образуя ионы. Затем ионы кратковременно ускоряются за счет электрического потенциала и перемещаются по пролетной трубе без поля, где они разделяются из-за разницы скоростей . Отношение массы к заряду каждого иона можно определить по длине трубки, кинетической энергии, сообщаемой ионам электрическим полем, и скорости ионов в трубке. Скорость ионов обратно пропорциональна квадратному корню из отношения массы к заряду иона; ионы с низким отношением массы к заряду обнаруживаются раньше, чем ионы с высоким отношением массы к заряду. [5]
ПРОДАНО поверхность
[ редактировать ]Связывание белков с поверхностью SELDI действует как этап твердофазного хроматографического разделения, и в результате белки, прикрепленные к поверхности, легче анализировать. Поверхность состоит в основном из материалов с различными физико-химическими характеристиками, ионов металлов или анионов или катионообменников. Общие поверхности включают CM10 (слабый катионный обмен ), H50 (гидрофобная поверхность, аналогичная C 6 -C 12 обращенно-фазовой хроматографии ), IMAC30 (металл-связывающая поверхность) и Q10 (сильный анионный обмен). Поверхности SELDI также можно модифицировать для изучения связывания ДНК с белками, анализа антитело-антиген и взаимодействий рецептор-лиганд. [2]
Дополнительные методы поверхности
[ редактировать ]Процесс SELDI представляет собой комбинацию чистой десорбции с усиленной поверхностью (SEND), масс-спектрометрии сродства с усиленным поверхностным захватом (SEAC) и масс-спектрометрии фотолабильного присоединения и высвобождения с усиленной поверхностью (SEPAR). С помощью SEND аналиты можно десорбировать и ионизировать без добавления матрицы; матрица внедрена в поверхность образца. В SEAC поверхность образца модифицируется для связывания интересующего аналита для анализа с помощью масс-спектрометрии с лазерной десорбцией / ионизацией (LDI-MS). [1] [4] [6] SEPAR представляет собой комбинацию SEND и SEAC; модифицированная поверхность образца также действует как матрица, поглощающая энергию для ионизации. [4]
История
[ редактировать ]
Технология SELDI была разработана Т. Уильямом Хатченсом и Тай-Тунг Ипом в Медицинском колледже Бэйлора в 1993 году. [7] Хатченс и Йип прикрепили одноцепочечную ДНК к агарозным шарикам и использовали их для захвата лактоферрина , железосвязывающего гликопротеина , из мочи недоношенных детей. Гранулы инкубировали в образце, а затем удаляли, промывали и анализировали с помощью наконечника зонда MALDI-MS. Это исследование привело к идее, что поверхности MALDI можно модифицировать с помощью устройств SEAC; позже эта техника была описана Хатченсом и Ипом в 1998 году. [1] [7]
Технология SELDI была впервые коммерциализирована компанией Ciphergen Biosystems в 1997 году как система ProteinChip, а в настоящее время производится и продается компанией Bio-Rad Laboratories. [6]
Приложения
[ редактировать ]Технология SELDI потенциально может быть использована в любом приложении путем модификации поверхности SELDI. [1] SELDI-TOF-MS оптимален для анализа белков с низкой молекулярной массой (<20 кДа) в различных биологических материалах, таких как образцы тканей, кровь, моча и сыворотка. Этот метод часто используется в сочетании с иммуноблоттингом и иммуногистохимией в качестве диагностического инструмента, помогающего обнаружить биомаркеры заболеваний, а также применяется для диагностики рака и неврологических расстройств. [8] [9] SELDI-TOF-MS использовался для открытия биомаркеров рака легких , молочной железы , печени , толстой кишки , поджелудочной железы , мочевого пузыря , почек , шейки матки , яичников и простаты . [2] Технология SELDI наиболее широко используется при открытии биомаркеров для сравнения уровней белка в образцах сыворотки здоровых и больных пациентов. [9] [10] [11] [12] Исследования сыворотки позволяют использовать минимально инвазивный подход к мониторингу заболеваний у пациентов и полезны для раннего выявления и диагностики заболеваний и неврологических расстройств, таких как боковой амиотрофический склероз (БАС) и болезнь Альцгеймера . [9] [10]
SELDI-TOF-MS также можно использовать в биологических приложениях для обнаружения посттрансляционно модифицированных белков и изучения состояний фосфорилирования белков. [8]
Преимущества
[ редактировать ]Основным преимуществом процесса SELDI является этап хроматографического разделения. В то время как жидкостная хроматография-масс-спектрометрия (ЖХ-МС) основана на элюировании аналитов в отделенной пробе, разделение в SELDI основано на удерживании. Любые компоненты пробы, которые мешают аналитическим измерениям, такие как соли, детергенты и буферы, смываются перед анализом с помощью масс-спектрометрии. Анализируются только те аналиты, которые связаны с поверхностью, что снижает общую сложность образца. В результате повышается вероятность обнаружения аналитов, присутствующих в более низких концентрациях. [10] Благодаря начальному этапу разделения профили белков можно получить из образцов всего лишь из 25-50 клеток. [8]
В биологических приложениях SELDI-TOF-MS имеет главное преимущество, заключающееся в том, что этот метод не требует использования радиоактивных изотопов. Кроме того, в ходе эксперимента пробы анализа можно брать в несколько моментов времени. [8] Кроме того, в протеомике этапы открытия, идентификации и проверки биомаркеров могут выполняться на поверхности SELDI. [1]
Ограничения
[ редактировать ]SELDI часто критикуют за воспроизводимость из-за различий в масс-спектрах, полученных при использовании разных партий поверхностей чипов. [2] Хотя этот метод оказался успешным при анализе белков с низкой молекулярной массой, последовательные результаты не были получены при анализе белков с высокой молекулярной массой. [8] Также существует вероятность систематической ошибки выборки, поскольку матрицы неспецифического поглощения способствуют связыванию аналитов с более высоким содержанием в образце за счет менее распространенных аналитов. [2] Хотя SELDI-TOF-MS имеет пределы обнаружения в фемтомолярном диапазоне, [10] базовый сигнал в спектрах варьируется, а шум, вызванный матрицей, максимален ниже 2000 Да, при этом компания Ciphergen Biosystems предлагает игнорировать спектральные пики ниже 2000 Да. [13]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Тан Н., Торнаторе П., Вайнбергер С.Р. (2004). «Текущие разработки в области аффинной технологии SELDI». Обзоры масс-спектрометрии . 23 (1): 34–44. Бибкод : 2004MSRv...23...34T . дои : 10.1002/mas.10066 . ПМИД 14625891 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Мутху, Маникандан; Вимала, А.; Мендоса, Ордетта Ханна; Гопал, Джуди (01 февраля 2016 г.). «Отслеживание пути SELDI-TOF MS в открытии биомаркеров рака и текущая тенденция его обесценивания – необходимость воскрешения?». TrAC Тенденции в аналитической химии . 76 : 95–101. дои : 10.1016/j.trac.2015.10.004 .
- ^ Карас, Майкл; Крюгер, Ральф (1 февраля 2003 г.). «Образование ионов в MALDI: механизм кластерной ионизации». Химические обзоры . 103 (2): 427–440. дои : 10.1021/cr010376a . ISSN 0009-2665 . ПМИД 12580637 .
- ^ Jump up to: а б с Торговец, Мэгги; Вайнбергер, Скот Р. (1 апреля 2000 г.). «Последние достижения в области пролетной масс-спектрометрии с усиленной поверхностью лазерной десорбции/ионизации во времени» . Электрофорез . 21 (6): 1164–1177. doi : 10.1002/(sici)1522-2683(20000401)21:6<1164::aid-elps1164>3.0.co;2-0 . ISSN 1522-2683 . ПМИД 10786889 . S2CID 1893004 .
- ^ Дасс, Чхабил (2007). Основы современной масс-спектрометрии — Интернет-библиотека Дасса — Вили . дои : 10.1002/0470118490 . ISBN 9780470118498 .
- ^ Jump up to: а б Ломас, Ли О.; Вайнбергер, Скот Р. (1 января 2008 г.). Технология поверхностно-улучшенной лазерной десорбции/ионизации (SELDI) . John Wiley & Sons, Ltd. doi : 10.1002/9780470061565.hbb128 . ISBN 9780470061565 .
- ^ Jump up to: а б Хатченс Т.В. и Йип Т.Т. «Новые стратегии десорбции для масс-спектрометрического анализа макромолекул». Rapid Commun Mass Spectrom 7: 576-580 (1993). [1]
- ^ Jump up to: а б с д и Айс, Халим Дж.; Конрадс, Томас П.; Прието, ДаРю А.; Тирумалай, Радхакришна; Д.Веенстра, Тимоти (1 апреля 2003 г.). «Рецензируемая экспертная оценка: SELDI-TOF MS для диагностической протеомики» . Аналитическая химия . 75 7):148A–155A.doi : ( 10.1021/ac031249c . ПМИД 19530659 .
- ^ Jump up to: а б с Глорих, Джолейн; Веверс, Рон А.; Смитинк, Ян AM; Энгелен, Базиэль Г. ван; Хеувел, Ламберт П. ван ден (07 декабря 2006 г.). «Протеомные подходы к изучению генетических и метаболических нарушений». Журнал исследований протеома . 6 (2): 506–512. дои : 10.1021/pr060487w . ПМИД 17269707 .
- ^ Jump up to: а б с д Зайберт, Волкер; Виснер, Андреас; Бушманн, Томас; Мейер, Йорн (30 апреля 2004 г.). «Времяпролетная масс-спектрометрия с лазерной десорбцией и ионизацией с улучшенной поверхностью (SELDI TOF-MS) и технология ProteinChip® в протеомных исследованиях». Патология - Исследования и практика . Протеомика в патологии, исследованиях и практике. 200 (2): 83–94. дои : 10.1016/j.prp.2004.01.010 . ПМИД 15237917 .
- ^ Младший Г.В., Казарес Л.Х., Люнг С.М., Насим С., Адам Б.Л., Йип Т.Т., Шеллхаммер П.Ф., Гонг Л., Влаху А (1999). «Масс-спектрометрия с лазерной десорбцией / ионизацией (SELDI) с усиленной поверхностью Proteinchip (R): новая технология белковых биочипов для обнаружения биомаркеров рака простаты в сложных смесях белков» . Рак простаты и заболевания предстательной железы . 2 (5/6): 264–276. дои : 10.1038/sj.pcan.4500384 . ПМИД 12497173 .
- ^ Ли Дж., Чжан З., Розенцвейг Дж., Ван Ю., Чан Д.В. (2002). «Подходы протеомики и биоинформатики к идентификации сывороточных биомаркеров для выявления рака молочной железы» . Клин. Хим . 48 (8): 1296–304. дои : 10.1093/клинчем/48.8.1296 . ПМИД 12142387 .
- ^ Хендерсон, Северная Каролина; Стил, RJC (2005). «Протеомный анализ SELDI-TOF и обнаружение рака». Хирург . 3 (6): 383–390. дои : 10.1016/s1479-666x(05)80048-4 . ПМИД 16353858 .
