ליפידומיה מבוססת ספקטרומטריית מסות Shotgun מספקת תמונת מצב כמותית רגישה של ספקטרום רחב של סוגי שומנים בו זמנית במדידה אחת מרקמות מכרסמים שונות.
שומנים ממלאים תפקיד חיוני כמרכיבים חיוניים של כל התאים הפרוקריוטים והאיקריוטים. שיפורים טכנולוגיים מתמידים בספקטרומטריית מסות הפכו את הליפידומיה לכלי אנליטי רב עוצמה לניטור הרכבי ליפידום של רקמות במצבים הומיאוסטטיים כמו גם במצבי מחלה. מאמר זה מציג פרוטוקול שלב אחר שלב לשיטת ניתוח שומנים של רובה ציד, התומכת בזיהוי וכימות בו זמנית של כמה מאות מיני שומנים מולקולריים בדגימות שונות של רקמות ונוזלים ביולוגיים בתפוקה גבוהה. שיטה זו ממנפת הזרקה ישירה אוטומטית של ננו-זרימה של תמצית שומנים כוללת עם תקנים פנימיים מסומנים ללא הפרדה כרומטוגרפית למכשיר ספקטרומטריית מסה ברזולוציה גבוהה. החל מכמויות תת-מיקרוגרם של רקמת מכרסמים, ניתוח הטרשת הנפוצה אורך 10 דקות לכל דגימה ומכסה עד 400 שומנים מ-14 סוגי שומנים ברקמת ריאה של עכבר. השיטה המוצגת כאן מתאימה היטב לחקר מנגנוני מחלה ולזיהוי וכימות סמנים ביולוגיים המצביעים על רעילות מוקדמת או השפעות מועילות בתוך רקמות מכרסמים.
עשן סיגריות מוכר כגורם סיכון עיקרי הקשור להתפתחות מחלות דלקתיות כרוניות של הריאה, כולל קרצינומה ריאתית, ברונכיטיס ומחלת ריאות חסימתית כרונית (COPD)1. מעבר להשפעה על הריאות, חשיפה לניתוח קיסרי ממלאת תפקיד משמעותי בהתפתחות מחלות נוספות כגון מחלת עורקים כליליים טרשתיים ומחלות כלי דם היקפיים1. מחלות לב וכלי דם, יחד עם COPD, הן סיבות המוות המובילות הראשונה והשלישית בעולם, בהתאמה. גישות הערכת סיכונים טוקסיקולוגיות הסתמכו באופן היסטורי על שימוש במודלים של בעלי חיים כגון מכרסמים. מודלים של חולדות ועכבר עם אף בלבד או גוף מלא משמשים בדרך כלל לחקר ההשפעות ארוכות הטווח של חשיפה לניתוח קיסרי.
לדוגמה, בדרך כלל, 6 חודשים של חשיפה לעשן גורמים להפרעות היסטולוגיות ותפקודיות בריאות מורין המחקות את אלה של מחלות אנושיות, כולל אמפיזמה, עיצוב מחדש של דרכי הנשימה ויתר לחץ דם ריאתי, אם כי השינויים קלים יחסית לאלה שנצפו אצל מעשנים אנושיים לטווח ארוך2. הן ברקמות של בעלי חיים והן ברקמות אנושיות, מחקרים הבחינו במגוון רחב של שינויים מולקולריים בתגובה לחשיפה לניתוח קיסרי, כולל תגובות לעקה חמצונית, דלקת ושינויים ברקמות מבניות 3,4. באופן לא מפתיע, חשיפה לניתוח קיסרי דווחה גם כבעלת השפעה מרחיקת לכת על הליפידום של הריאות, כולל השפעות על שומנים פעילי שטח, מתווכי איתות שומנים ושומנים מבניים 4,5,6.
כדי לאפיין את השינויים בשומנים בתפזורת הנגרמים על ידי חשיפה ארוכת טווח ל-CS של ריאות עכברים, ביצענו ניתוח מהיר וכמותי של ספקטרומטריית מסה בעירוי ישיר של רובה ציד. לאחר הצגת שיטת הליפידומיה של רובה הציד בשנת 20057, שיטה זו שימשה ביעילות להרחבת הידע שלנו על מטבוליזם תאי שומנים 8,9,10 במערכות מודל כגון שמרים 11, Caenorhabditis elegans12, ו– Drosophila melanogaster13, כמו גם במגוון רחב של סוגי דגימות יונקים כגון קווי תאים 14, 15,16 רקמות אנושיות שונות17,18 ומכרסמים19,20 ונוזלי גוף 21,22.
במהלך העשורים האחרונים, מחקרים חשפו את המורכבות של תגובות תאיות לשינויים סביבתיים, המערבות אלפי חלבונים, שומנים ומטבוליטים המחוברים זה לזה. עובדה זו הבהירה כי שימוש בטכניקות אנליטיות חדישות חיוני להשגת מבט מעמיק על המכונות המולקולריות ולחשיפת מלוא עוצמתן של ההשפעות הפיזיולוגיות האקסוגניות. בהקשר זה, טביעות האצבע השומניות המקיפות והכמותיות המיוצרות על ידי גישות ליפידומיה של רובה ציד יכולות להוסיף ביעילות לידע שלנו על מטבוליזם תאי שומנים 8,9,10.
בנוגע לחשיפה לניתוח קיסרי כגורם סיכון למספר מחלות, גישות להערכת סיכונים טוקסיקולוגיות הסתמכו באופן היסטורי על שימוש במודלים של בעלי חיים כגון מכרסמים. Shotgun lipidomics MS מספק כלי אנליטי מהיר, רגיש וכמותי להערכת הפרעות ליפידום בסוגי דגימה רבים. התכונה הייחודית של ליפידומיה של רובה ציד היא ניתוח הזרקה ישירה אוטומטית של תמצית שומנים כוללת – מתובל עם תקנים פנימיים מסומנים – ללא הפרדה כרומטוגרפית למכשיר MS ברזולוציה גבוהה באמצעות ננו-שבב מוליך המייצר ננו-ספריי יינון אלקטרוספריי (ESI)23.
מידע יחס המסה לטעינה שנרכש בו-זמנית במצב MS1 מספק את טביעת הרגל השומנית הכוללת של כל הליפידים האנדוגניים השלמים. לחלופין, מצב MS2/MS3, שבו מולקולות השומנים האב מקוטעות ומנותחות, מספק מידע מבני נוסף. ניתוח נתונים דורש תוכנה מיוחדת וכולל דה-קונבולוציה של ספקטרום ומשימות שיא בספקטרום מאוגד המובילות לזיהוי שומנים והבהרת מבנה כימי משוער. בנוסף, ניתן לבצע כימות מוחלט על ידי זינוק תערובת תקנים פנימית מסומנת המכילה לפחות תקן שומנים אחד לכל סוג שומנים מעניין. בסך הכל, עם הטכניקה הנוכחית, ניתוח טרשת נפוצה לוקח כמה דקות לכל דגימה יכול לכסות זיהוי וכימות של עד 800 שומנים מ 14 קבוצות שומנים24 ברקמות מכרסמים.
למרות שההתקדמות בטרשת נפוצה הניבה מגוון שיטות לניטור מדויק של מיני שומנים רבים, פרופיל השומנים הקודם של רקמות יונקים שונות לא הראה תוצאות עקביות, וכתוצאה מכך, הפונקציות הספציפיות לרקמות מסוימות של ליפידים נותרו לא ברורות. בהשוואה לניתוח פונקציונלי של חלבונים, שעבורו קיימות גישות חזקות יותר כדי לדפוק את הביטוי של תרכובות מסוימות, רוב השומנים לא ניתן לכבות באופן סלקטיבי או לבטא יתר על המידה ברקמות, מה שהופך את ההערכה הפונקציונלית של שומנים קשה. פרופיל מתקדם של ריכוזי ליפידום ברקמה עשוי לספק גישה חלופית לזיהוי קשרים בין שומנים במחזור הדם לבין מחלות אנושיות.
בהערכת שיטות ליפידומיקה מקיפות המסוגלות לכסות איכותית וכמותית את פרופיל השומנים האנדוגני של כל רקמת עכבר, נתנו עדיפות לשיטת הליפידומיה של רובה הציד. באופן כללי, שני סוגים מנוגדים של ניתוח דגימות אפשריים: או סינון בלתי ממוקד לחלוטין של שומנים באמצעות הפרדה מבוססת כרומטוגרפיה נוזלית (LC) עם זיהוי ספקטרומטרי מסה נוסף כדי לחשוף את מורכבות השומנים הכוללת של הדגימה, או גישות ממוקדות, המאפשרות בעיקר כימות מדויק מאוד של שומנים ספציפיים בעלי עניין. לעומת זאת, התכונה החזקה של זרימת העבודה הליפידומית של רובה הציד המוצגת היא כיסוי מקיף ומהיר של מאות ליפידים אנדוגניים ממחלקות שומנים מוגדרות מראש, שעדיין ניתן לבצע באופן סמי-כמותי חזק.
יעילות היינון של סוגי שומנים שונים היא תלוית מבנה ויכולה להשתנות באופן דרסטי בהתאם לתנאי היינון הניסיוניים השונים. בניגוד לשיטות הפרדה מבוססות LC, ניתוח רובה ציד ממזער הבדלים אלה בשל עירוי ישיר בו זמנית של תמצית השומנים כולה באותם תנאי יינון לתוך מכשיר הטרשת הנפוצה. השימוש באנלוגים ליפידים מסומנים איזוטופית או בתקנים לא אנדוגניים דומים מבחינה מבנית מאפשר כימות למחצה של כל מחלקות השומנים. Shotgun lipidomics מספק שונות נמוכה בין ותוך ריצה במהלך ניתוח טרשת נפוצה; כתוצאה מכך, שיטה זו מייצרת מקדמים נמוכים יותר של וריאציה21 מאשר שיטות מבוססות כרומטוגרפיה נוזלית לא ממוקדת, הדורשות סטנדרטים מרובים לכימות הולם. חשוב לציין, כי אמנם לא נעשה שימוש בעקומת כיול חיצונית בשיטה הנוכחית, אך השיטה עדיין נחשבת כמותית לחלוטין32.
רמה אחת של תקן פנימי מסומן (או תקן ללא תווית שאינו מבוטא אנדוגני) לכל מחלקת שומנים מספיקה לכימות של רוב השומנים. רק פרסומים מעטים דיווחו על אימות חלקי של השיטה לשיטת ליפידומיה של רובה ציד. לדוגמה, ב- Gryzbek et al.17 וב- Surma et al.21, עקומות כיול הפוכות הוכנו באמצעות תקנים פנימיים וכמות קבועה של מטריצת דגימה. הלינאריות הוערכה על ידי רגרסיה ליניארית של כמויות שומנים מותמרות עץ ועוצמתן ודווחה כ-R2 ושיפוע, בהתאמה. גבול הזיהוי (LOD) וגבול הכימות (LOQ) נקבעו על ידי רגרסיה ליניארית משוקללת המבוססת על יחס אות לרעש של 3 עבור LOD ו-10 עבור LOQ. עבור רוב סוגי השומנים, LOQ הוגדר בין 2-9.8 pmol עבור רקמת שומן ו 0.05-5μM בפלזמה. בשני המקרים, נעשה שימוש בתקנים פנימיים בודדים שאינם אנדוגניים לכל מחלקה כדי לגזור אומדנים עבור כל השומנים בכיתה. עם זאת, בעבודה זו, איננו מספקים LOD / LOQ בשל מספר חששות: המטריצה האנדוגנית אינה נטולת תרכובות, והמטריצה החלופית לרקמות אינה זמינה – עם זאת, ספייק של כמויות קטנות ידועות של תקנים אינו אפשרי. איננו מבצעים גישת כימות ממוקדת קלאסית עם שימוש בסדרת עקומת כיול של תרכובת מסוימת המנורמלת על ידי התקן האיזוטופי הזהה שלה בשל אי קיומם של תקנים טהורים והזמינות המוגבלת מאוד של ליפידים המסומנים איזוטופית. גלאי אורביטרפ מבצעים אוטומטית את המרת האות הארעי על ידי החלת טרנספורמציית פורייה, וחלק מהאות כבר מוחלף – כתוצאה מכך, טווח הריכוז הנמוך יהיה ליניארי בלבד עד לאות מינימלי כלשהו, שמתחתיו המולקולה לא תהיה ניתנת לגילוי יותר. ערכי אות לרעש של תוכנת Xcalibur תלויים ביחס m/z של המולקולה; כתוצאה מכך, התרכובות של כל קבוצת שומנים, המכילות שילובים שונים של חומצות שומן, יהיו בעלי ערכי רעש שונים. יתר על כן, ערכי LOQ/LOQ קשורים אך ורק לסוג המטריצה, וכאשר כימות הליפידום נעשה ברקמות מכרסמים שונות, הוא צריך לבוא לידי ביטוי על ידי הערכת LOQs עבור כל סוג רקמה בנפרד.
למעשה, השיטה מציעה טווח כימות דינמי ליניארי גבוה של עד ארבעה סדרי גודל33 ורגישות טובה מאוד לכיסוי השומנים המבניים האנדוגניים החשובים ביותר, אשר ניתן להגדיל עוד יותר על ידי שיפורים טכניים ברכישת MS32. מקדמי השונות של ריכוזי השומנים הממוצעים היו לרוב מתחת ל-15%, כלומר הליפידומיה של רובה הציד עומדת בדרישות מנהל המזון והתרופות האמריקאי (FDA) כשיטה שיש לשקול למחקרי מעבדה טובה (GLP) ופרקטיקה קלינית טובה (GCLP)34.
עם זאת, יש לציין כי בשל הקוטביות השונה שלהם, כמה מחלקות שומנים להיות מושפעים הרבה יותר על ידי התרומה של FAs מצומדים ספציפיים. זה מוביל לעיוות בתגובת העוצמה בתערובות שווי משקל המכילות מגוון רחב של FAs מצומדים, וכתוצאה מכך הטיית כימות, כפי שהודגש על ידי Koivusalo et al.35 עבור מחלקות פוספוליפידים. יש לציין כי מחברים אלה הציגו נתונים עבור מגוון רחב של FAs, מאורך שרשרת 24-48, אשר ככל הנראה אינו משקף את המצב במדגם ביולוגי אמיתי. התגובה עבור מינים רב בלתי רוויים הייתה גבוהה ב-40% מאשר עבור מינים רוויים לחלוטין, אך השפעה זו נצפתה רק עבור ריכוזים גבוהים יותר. כאשר התערובת דוללה בהדרגה, ההשפעה של אי-רוויה פחתה בהדרגה וכמעט נעלמה ברמה של 0.1pmol/μL לכל מין. בנוסף, כל המדידות נעשו על מכשירי מלכודת יונים ומשולשים מרובעים ולא על ציוד Q-Exactive.
יתרון נוסף של זרימת העבודה המוצגת הוא הגמישות הטכנית שלה, המאפשרת התאמה לדרישות הפרויקט הספציפיות. לדוגמה, כל פרוטוקול מיצוי שומנים – כגון שיטות Bligh ו- Dyer36 ששונו, מתיל טרט-בוטיל אתר 37, או בוטנול-מתנול38 – יכול לשמש להכנת תמצית שומנים כוללת לפני ניתוח MS. המגבלה העיקרית של מיצוי כלורופורם-מתנול היא שהשלב התחתון מכיל את החלק השומני, מה שמסבך את העבודה השגרתית ובעיקר את האוטומציה; בנוסף, יש לקחת בחשבון את הרעילות של כלורופורם. מיצוי אתר Tert-butyl נמצא בשימוש נרחב לניתוח שומנים של דגימות פלזמה37, וגרסה אוטומטית הוצעה21. במקרה זה, בחרנו בשיטת BUME מכיוון שהיא מספקת התאוששות טובה עוד יותר עבור מחלקות השומנים PG, PI, PA ו- PS38, צריכת ממס נמוכה יותר ואפשרות אוטומציה39, בעוד שהריכוזים הכוללים שכומתו עבור דגימות רקמה שחולצו בכל שלוש השיטות היו דומים. בנוסף, בעוד שאילוץ הדגימה בוצע באופן ידני בעבודה הנוכחית, ניתן גם לקבל תוצאות ניתנות לשחזור ומדויקות מקבוצות מדגם גדולות על ידי הכנת דגימה אוטומטית ומיצוי שומנים בפורמט96 בארות 40,41. זה מאפשר ליישם ניתוח ליפידומיה במחקרים קליניים וטוקסיקולוגיים בקנה מידה גדול.
בעבודה הנוכחית ביצענו את רכישת הטרשת הנפוצה של מצבים חיוביים ושליליים בנפרד ללא החלפת קוטביות כפי שתואר על ידי Schuhmann et al.42. יציבות אות הננומט טובה יותר במצב שלילי לתמיסה מעט פחות מרוכזת מאשר במצב חיובי. בנוסף, פיתחנו הליך מעקב מלא עם תוכנת ממיר מקבצי .raw ל- mzML, המספק את הערכים שיש לציין בתוכנת LipidXplorer – עם זאת, חישובי שיפוע רזולוציה ידניים אינם נדרשים. יישמנו גם החלפות שונות של הגדרות רעש מכיוון שבמצב חיובי, רמות הרעש של הספקטרום גבוהות יותר מאשר במצב שלילי. כל השלבים עברו אופטימיזציה לניתוחים שגרתיים הניתנים למעקב ובתפוקה גבוהה.
לצורך זיהוי, ניתוח ליפידומיה של רובה ציד יכול לנצל את ההתנהגות הייחודית של מחלקות שומנים שונות, היוצרות אדדוקטים ייחודיים במצבי קוטביות שונים. בשיטה זו, מיני PC ו-PE בעלי מסה מולקולרית זהה החופפים במצב היינון החיובי ניתנים להפרדה מלאה במצב היינון השלילי, כאשר PC יוצר אצטט או פורמט adducts, ו-PE מיונן בצורה מפורקת. יתר על כן, דה-קונבולוציה מבנית (חלקית) אפשרית עבור השיטה המשתמשת לא רק בנוסחה המולקולרית אלא גם במבנה חומצות השומן בתפזורת. לדוגמה, זיהוי FA ברמת הפחמן הכולל וספירת אי-הרוויה הכוללת פועל עבור כל הפוספוליפידים, DAGs, TAGs וליזו-פוספוליפידים. ניתן לבצע את הכימות מלמטה למעלה של כל צורה איזומרית באופן חלקי עבור חלק ממחלקות הפוספוליפידים43 , אך הוא מורכב הרבה יותר עבור DAGs ו- TAGs עקב תגובת אות לא שווה של FAs שונים בספקטרום MS2.
כמו כן, חשוב להדגיש את הצורך ביישום נהלי בקרת איכות מתאימים, התואמים באופן מלא את היוזמות האחרונות בתחום זה44. מכיוון שאנו רוצים להבטיח עקיבות נתונים נאותה ויכולת שחזור בין ובתוך המעבדה, ננקטו מספר צעדים כגון אקראיות נכונה של הדגימות לכל שלבי הניתוח, עבודה עם תערובות סטנדרטיות מאושרות על ידי ספקים, הכללת דגימות בקרת איכות, נהלים לאימות קבלה או דחייה של אצווה, ויצירת מסד נתונים פנימי למעקב אחר ביצועי QC בטווח הארוך. כמו כן, עולה בקנה אחד עם יוזמות אלה הצורך בשיטה סטנדרטית לטיפול ביציבות הדגימה. באופן כללי, רוב השומנים המבניים אינם מושפעים מחמצון השומנים, הרלוונטי יותר עבור אוקסיליפינים, שומנים מחומצנים וחומצות שומן רב בלתי רוויות ולכן רגישים הרבה יותר לתנאי אחסון וטיפול. עם זאת, הערכה נכונה של יציבות המדגם היא עדיין משימה מאתגרת מבחינה טכנית.
עם זאת, פרוטוקול זה יש מגבלה כשמדובר בקביעת רמות submolecular של תרכובות. בהתחשב בכך שאין הפרדה של תמצית כוללת, כל האיזופורמים של שומנים עם מסה מולקולרית זהה אבל הרכבי חומצות שומן שונים מתמזגים בניתוח MS. עבור רוב הכיתות, ניתן להשיג deconvolution חלקי של המבנה באמצעות יחסי פיצול של שברי חומצות שומן שיורית MS2. עם זאת, הכימות הבלתי תלוי של כל איזופורם נותר משימה מאתגרת במיוחד בשל ההבדלים הגדולים בהתנהגויות הפיצול של איזופורמים שונים והעובדה שתקנים כימיים טהורים אינם זמינים במגוון גדול מספיק כדי להגדיר את ערכי הפיצוי. מגבלה נוספת היא שתהליך ESI מייצר באופן בלתי נמנע ממצאים, וכתוצאה מכך נוצר מלאכותי פסגות עבור שומנים מסוימים כגון DAGs, Pas ו- FAs, מה שעלול להוביל לכימות שגוי.
לאחר מכן, אנו מסכמים את החלקים הקריטיים ביותר של הפרוטוקול בהתבסס על הניסיון שלנו. הראשון קשור לעובדה שלכל סוג רקמת עכבר יש פרופיל שומנים ייחודי הן מבחינת כמות השומנים והן מבחינת יחסי המחלקה. עם זאת, יש לקבוע בקפידה את הכמויות ההתחלתיות של הרקמה בהתבסס על תכולת החלבון הכוללת לפני המיצוי על מנת לא להרוות את אות הטרשת הנפוצה ולא לצאת מטווח הכימות הדינמי עקב צבירת שומנים בריכוזים גבוהים33 או – בקצה הנגדי – לספק מספיק אות MS כדי לכסות את תרכובות השומנים העיקריות עבור כל קבוצת שומנים.
ההיבט הקריטי השני הוא להבטיח יישור נאות של המיקום של שקע שבב ננו-מקור העירוי הישיר עם נימי ההעברה של ספקטרומטר המסות. בהתחשב בכך שכיול מלא של ספקטרומטר המסה בשני המצבים מתבצע מדי שבוע, החלפה בין מקור הכיול לבין מערך שבבי המקור ננו יכולה להיות הסיבה לשונות דרמטית בעוצמת האות עקב חוסר התאמה במהלך ההתקנה.
חלק קריטי נוסף בפרוטוקול הוא הטיפול הזהיר בתמהיל התקנים הפנימי. מכיוון שתערובת זו מכילה כמות משמעותית של דיכלורומתאן, לאחר פתיחתה, יש לצרוך אותה במהירות כדי למנוע אחסון ארוך ושימושים מרובים המובילים לאידוי ולשינוי ריכוז מלאכותי. יתר על כן, טיפול עקבי בתערובת הסטנדרטית לאחר הוצאתה מאחסון של -20 מעלות צלזיוס הוא חשוב, שכן הבדלי טמפרטורה יכולים להוביל לחוסר עקביות בנפח במהלך הפיפט עם פיפטות כרית אוויר. אפשרות היא להחליף את הדיכלורומתאן במאגר המתלים הסטנדרטי במתנול טהור, מה שיכול לשפר את נוחות הטיפול אך עלול להשפיע לרעה על המסיסות של חלק ממחלקות השומנים, ובכך להפחית את דיוק הכימות עבור מחלקות שומנים אלה.
החלק הקריטי האחרון הוא עיבוד נתונים. זרימת העבודה של עיבוד הנתונים משלבת את המרת התוכנה Peak by Peak מפורמט .raw לפורמט .mzML, החלת ממוצע סריקת MS2 וסינון רעשים MS1 ו- MS2, כמו גם איסוף שיא ודחיסת נתונים. כחלופה, תוכנת Proteowizard יכולה לשמש גם להמרת נתונים, אך במקרה זה, יש להגדיר מספר הגדרות ב- LipidXplorer באופן ידני. כל המורכבות של ליפידומיה של רובה ציד מרוכזת במיוחד בשלב של דה-קונבולוציה של הזרקה ישירה MS1 וספקטרום MS2. תוכנת הקוד הפתוח LipidXplorer מייבאת את הספקטרום שהומר מפורמט קובץ mzML בהתבסס על דיוק המסה, רזולוציית המסה ושיפוע השינוי שלה עם הגדלת m/z. התוכנה ממזגת מספר ספקטרום MS ו- MS/MS בודדים שנרכשו במהלך ריצת ניתוח. לאחר מכן, הוא מיישר פסגות בודדות בתוך ריצות מדגם שונות, ובכל אשכול של פסגות מיושרות, הוא מחליף את המסות שלהן במסה הממוצעת המשוקללת שלהן בעוצמה יחידה, בעוד שהשפע שלהן בכל קובץ נתונים נותר ללא שינוי. מסות מייצגות של אשכולות שיא מיושרים ועוצמות שיא בודדות מאוחסנות במסד נתונים של סריקה ראשית. מסד הנתונים הראשי של הסריקה מכיל את כל ספקטרום MS1 ו- MS2 שנוצר עבור כל הדגימות באצווה וניתן לפרק אותו לזיהוי שומנים באמצעות שאילתות שנכתבו בשפת שאילתת הפיצול המולקולרי (MFQL).
בסך הכל, השיטה מכסה זיהוי של שומנים DAG, TAG ו- SE המבוססים על מצב חיובי וליפידים PC, PE, PS, PI, PA, PG, SM, LPC ו- LPE בהתבסס על רכישת מצב שלילי. במהלך זיהוי השומנים, מתבצע תיקון איזוטופי עבור MS1 ו- MS2, ועוצמות מותאמות מדווחות בקובץ הפלט .xlsx. לחלופין, מספר תוכנות אחרות זמינות לעיבוד נתוני רובה ציד, כגון ALEX45 ו- LipidHunter46.
חומצות שומן – מרכיבים גרעיניים עיקריים וקרום התא – מאוחסנים בצורה של פוספוליפידים להמרה נוספת למולקולות ביו-אקטיביות. הם יכולים להיות מומרים על ידי אנזימים lysophospholipid acyltransferase לתוך lysophospholipids דרך מסלול ארצות47. האנזים LPCAT3, למשל, ידוע כבעל סגוליות גבוהה לשילוב AA במתווכים lysophosphatidylcholine ו-lysophosphatidylsrine. הביטוי הגבוה יחסית של אנזימים אלה דווח בתאים דלקתיים, כגון מקרופאגים בנאדיות ותאי אפיתל סימפונות47, מה שהוביל לשחרור פרופורציות יחסיות גדולות יותר של פוספוליפידים המכילים AA בתאים אלה. עם זאת, לאחר שחרורם מפוספוליפידים ממברניים על ידי פוספוליפאז A2, ההמרה של PUFAs לסוגים שונים של מתווכי שומנים מזורזת על ידי אנזימים רבים48. יתר על כן, PUFAs אלה יכולים להפוך למצע לייצור פרוסטגלנדינים מעודדי דלקת ואנטי דלקתיים באמצעות הפעולה של אנזימים cyclooxygenase (COX)-1 ו- COX-247. פוספוליפידים הם אחד המקורות של מתווכי שומנים המשתחררים במקומות מסוימים שבהם מתווכים אלה נדרשים להדגים את ההשפעות הביולוגיות שלהם.
הריאה היא איבר מורכב המורכב ממספר סוגי תאים, שכל אחד מהם ממלא תפקידים חופפים ונישתיים בהקלה על התפתחות ותפקוד תקין של הריאה. רק מחקרים מעטים נעשו כדי לבודד ופרופיל סוגי תאים שונים בעכבר או בריאה האנושית (למשל, תאים מסוג נאדיות 2)49,50; סוגים אחרים של תאי ריאה עיקריים לא אופיינו. מחקר מעניין נוסף51 בוצע כדי לבודד ולבצע ניתוח שומנים של תאים אנדותליים, אפיתל, מזנכימליים ומעורבים של מערכת החיסון בריאה של עכבר. נצפה כי ריכוז PUFAs המשולבים ב- PCO ו- PG הועשר בתאי החיסון. בהתחשב בעובדה שניתוח קיסרי גורם לעלייה בתאי מערכת החיסון בריאה (פי 4-5), כפי שהוערך על-ידי שטיפת סימפונות (BAL)52, ניתן להסביר את סך השינויים בשומנים שנצפו במחקר זה על-ידי עלייה מצטברת בגיוס תאי מערכת החיסון בריאה של עכבר.
לסיכום, העיוות שנצפה של חומצות שומן חד בלתי רוויות ו- PUFA המשולבים בפוספוליפידים יכול לשקף את העודף של FAs מסוימים בתוך התא ו / או להוות משאב תוך תאי של מבשרי אוקסיליפין המיוצרים יתר על המידה תחת עקה חמצונית ותנאים דלקתיים. עם זאת, נתונים נוספים על EPA חופשי, DHA ואוקסיליפינים אחרים חיוניים להבהרת נקודה זו והם מחוץ לטווח היישום הנוכחי של השיטה.
The authors have nothing to disclose.
המחברים רוצים להודות לצוות המחקר ובמיוחד להודות על הסיוע הטכני והתמיכה של צוותי המחקר הביולוגי והאירוסולים במו”פ PMI, Philip Morris International Research Laboratories Pte. Ltd., סינגפור, ו- PMI R&D, Philip Morris Products S.A., Neuchâtel, שוויץ. המחברים מודים לסם אנסארי על ניהול הביו-בנקאות ומודים על תמיכתו של סינדהורה בהרגאבי גופלה רדי על עריכת טיוטה של כתב היד.
1, 5, and 2 mL self-lock tubes | Eppendorf | 30120086, 30120094 | |
3 mm stainless still beads | Qiagen | 69997 | |
4.1 µm nozzle chip | Advion | HD-D-384 | |
Acetic acid | Sigma Aldrich | 45754-100ML-F | |
Ammonium acetate | Honeywell | 14267-25G | |
Ammonium bicarbonate | Sigma Aldrich | 09830-500G | |
Bovine serum albumin standard, 2 mg/mL | Thermo Scientific | 23209 | |
Butanol | Honeywell | 33065-2.5L | |
Chloroform | Sigma Aldrich | 650498-1L | |
Dichloromethane | Honeywell | 34856-1L | |
Ethyl acetate | Honeywell | 33211 | |
Greiner CELLSTAR 96 well plates | Sigma | M9686 | |
Heptane | Sigma Aldrich | 34873-2.5L | |
Isopropanol | Fisher Scientific | A461 | |
Methanol | Fisher Scientific | A456 | |
Mouse pooled plasma | BioIvt | ||
Mouse SPLASH standard | Avanti Polar Lipids | 330710X | Internal standard |
Nunc 96-flat bottom well transparent plates | VWR | 62409-068 | |
Plastic spatula | Sigma | Z560049-300EA | |
Quick Start Bradford 1x Dye reagent | BioRad | 5000205 | |
Serum diluent | Sigma Aldrich | D5197 | |
Equipment/software | |||
CryoPrep CP02 impactor instrument | Covaris | Magnetic hammer | |
Centrifuge 5427R | Eppendorf | . | Centrifuge |
ChipSoft 8.3 | Advion Biosciences | . | Software to set up method and acquisition on the Triversa nanomate robot |
LipidXplorer 1.2.8.1 | N/A | . | Software to identify lipids |
Peak By Peak | SpectroSwiss | . | Software to convert .raw data from MS to .mzml format |
ProteoWizard | ProteoWizard | . | Alternative (open source) software to convert .raw data from MS to .mzml format |
Q-Exactive MS | Thermo Fisher | . | High resolution orbitrap mass spectrometer |
Qiagen Tissue Lyser II | Qiagen | . | Tissue lyser |
SpeedVac SPD140DDA | Thermo Fisher | . | Vacuum concentrator |
Tecan Infinite M nano plus | Tecan | . | Plate reader |
ThermoMixer C | Eppendorf | . | Thermomixer |
TriVersa Nanomate | Advion Biosciences | . | Direct infusion nano-source |
Xcalibur 4.3 | Thermo Scientific | . | Software to set up method and acquisition on the Q-Exactive MS |