Onderzoek naar xenobiotica metabolisme in Salix alba bladeren via massaspectrometrie imaging
Summary
Deze methode maakt gebruik van massaspectrometrie beeldvorming (MSI) om metabolische processen in S. alba bladeren te begrijpen wanneer blootgesteld aan xenobiotica. De methode maakt de ruimtelijke lokalisatie mogelijk van belangrijke verbindingen en hun voorspelde metabolieten in specifieke, intacte weefsels.
Abstract
De gepresenteerde methode maakt gebruik van massaspectrometrie beeldvorming (MSI) om het metabolische profiel van S. alba bladeren vast te stellen bij blootstelling aan xenobiotica. Met behulp van een niet-gerichte aanpak worden plantenmetabolieten en xenobiotica van belang geïdentificeerd en gelokaliseerd in plantenweefsels om specifieke distributiepatronen te ontdekken. Vervolgens wordt bij silicovoorspelling van potentiële metabolieten (d.w.z. katabolieten en conjugaten) uit de geïdentificeerde xenobiotica uitgevoerd. Wanneer een xenobiotische metaboliet zich in het weefsel bevindt, wordt het type enzym geregistreerd dat betrokken is bij de verandering ervan door de plant. Deze resultaten werden gebruikt om verschillende soorten biologische reacties te beschrijven die optreden in S. alba bladeren als reactie op xenobiotische accumulatie in de bladeren. De metabolieten werden voorspeld in twee generaties, waardoor de documentatie van opeenvolgende biologische reacties xenobiotica in de bladweefsels kon transformeren.
Introduction
Xenobiotica worden wijd verspreid over de hele wereld als gevolg van menselijke activiteiten. Sommige van deze verbindingen zijn in water oplosbaar en worden geabsorbeerd door de bodem1, en komen in de voedselketen wanneer ze zich ophopen in plantenweefsels2,3,4. De planten worden gegeten door insecten en herbivoren, die ten prooi vallen aan andere organismen. De inname van sommige xenobiotica en hun impact op de gezondheid van een plant zijn beschreven5,6,7,8, maar pas onlangs op weefselniveau9. Daarom is het nog steeds onduidelijk waar of hoe het metabolisme van xenobiotica optreedt, of dat specifieke plantenmetabolieten gecorreleerd zijn met xenobiotische accumulatie in specifieke weefsels10. Bovendien heeft het meeste onderzoek het metabolisme van xenobiotica en hun metabolieten in planten over het hoofd gezien, dus er is weinig bekend over deze reacties in plantenweefsels.
Hier wordt een methode voorgesteld om enzymatische reacties in biologische monsters te onderzoeken die kunnen worden geassocieerd met de weefsellokalisatie van substraten en producten van de reacties. De methode kan het volledige metabolische profiel van een biologisch monster in één experiment trekken, omdat de analyse niet gericht is en kan worden onderzocht met behulp van aangepaste lijsten van analytischen van belang. Hieronder vindt u een lijst met kandidaten die worden bijgehouden in de oorspronkelijke gegevensset. Als een of meer van belang analyten in het monster worden genoteerd, kan de specifieke weefsellokalisatie belangrijke informatie geven over de gerelateerde biologische processen. De analyten van belang kunnen vervolgens in silico worden gewijzigd met behulp van relevante biologische wetten om te zoeken naar mogelijke producten / metabolieten. De lijst van verkregen metabolieten wordt vervolgens gebruikt om de oorspronkelijke gegevens te analyseren door de betrokken enzymen te identificeren en de reacties in de weefsels te lokaliseren, waardoor de voorkomende metabolische processen worden geholpen te begrijpen. Geen enkele andere methode geeft informatie over de soorten reacties die optreden in de biologische monsters, de lokalisatie van de betrokken verbindingen en de bijbehorende metabolieten. Deze methode kan op elk type biologisch materiaal worden gebruikt zodra verse en intacte weefsels beschikbaar zijn en de verbindingen van belang kunnen worden geïoniseerd. Het voorgestelde protocol werd gepubliceerd in Villette et al.12 en wordt hier beschreven voor gebruik door de wetenschappelijke gemeenschap.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het kritieke deel van dit protocol is het monstervoorbereiding: het monster moet zacht en intact zijn. Snijden is het moeilijkste deel, omdat de temperatuur en dikte van het monster kunnen variëren, afhankelijk van het type monster dat wordt bestudeerd. Dierlijke weefsels zijn meestal homogeen en gemakkelijker te snijden. Plantenmonsters bevatten vaak verschillende structuren en zijn daarom moeilijker intact te houden omdat het blad zachte, harde of lege vasculaire weefsels tegenkomt. Het wordt ten zeerste aanbevolen om…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We danken Charles Pineau, Mélanie Lagarrigue en Régis Lavigne voor hun tips en trucs met betrekking tot de monstervoorbereiding voor MALDI-beeldvorming van plantenmonsters.
Materials
| Cover slips | Bruker Daltonics | 267942 | |
| Cryomicrotome | Thermo Scientific | ||
| Excel | Microsoft corporation | ||
| flexImaging | Bruker Daltonics | ||
| ftmsControl | Bruker Daltonics | ||
| GTX primescan | GX Microscopes | ||
| HCCA MALDI matrix | Bruker Daltonics | 8201344 | |
| ImagePrep | Bruker Daltonics | ||
| ITO-coated slides | Bruker Daltonics | 237001 | |
| M1-embedding matrix | ThermoScientific | 1310 | |
| Metabolite Predict | Bruker Daltonics | ||
| Metaboscape | Bruker Daltonics | ||
| Methanol | Fisher Chemicals | No specific reference needed | |
| MX 35 Ultra blades | Thermo Scientific | 15835682 | |
| Plastic molds | No specific reference needed | ||
| SCiLS Lab | Bruker Daltonics | ||
| SolariX XR 7Tesla | Bruker Daltonics | The method proposed is not limited to this instrument | |
| Spray sheets for ImagePrep | Bruker Daltonics | 8261614 | |
| TFA | Sigma Aldrich | No specific reference needed |
Referências
- Zhang, D., Gersberg, R. M., Ng, W. J., Tan, S. K. Removal of pharmaceuticals and personal care products in aquatic plant-based systems: A review. Environmental Pollution. 184, 620-639 (2014).
- Adeel, M., Song, X., Wang, Y., Francis, D., Yang, Y. Environmental impact of estrogens on human, animal and plant life: A critical review. Environment International. 99, 107-119 (2017).
- Prosser, R. S., Sibley, P. K. Human health risk assessment of pharmaceuticals and personal care products in plant tissue due to biosolids and manure amendments, and wastewater irrigation. Environment International. 75, 223-233 (2015).
- Wang, J., et al. Application of biochar to soils may result in plant contamination and human cancer risk due to exposure of polycyclic aromatic hydrocarbons. Environment International. 121, 169-177 (2018).
- Marsik, P., et al. Metabolism of ibuprofen in higher plants: A model Arabidopsis thaliana cell suspension culture system. Environmental Pollution. 220, 383-392 (2017).
- He, Y., et al. Metabolism of ibuprofen by Phragmites australis: uptake and phytodegradation. Environmental Science and Technology. 51 (8), 4576-4584 (2017).
- Huber, C., Bartha, B., Harpaintner, R., Schröder, P. Metabolism of acetaminophen (paracetamol) in plants-two independent pathways result in the formation of a glutathione and a glucose conjugate. Environmental Science and Pollution Research. 16 (2), 206-213 (2009).
- Thomas, F., Cébron, A. Short-term rhizosphere effect on available carbon sources, phenanthrene degradation, and active microbiome in an aged-contaminated industrial soil. Frontiers in Microbiology. 7, 1-15 (2016).
- Villette, C., et al. In situ localization of micropollutants and associated stress response in Populus nigra leaves. Environment International. 126, 523-532 (2019).
- Sandermann, H. Plant metabolism of organic xenobiotics. Status and prospects of the ‘Green Liver’ concept. Plant Biotechnology and In Vitro Biology in the 21st Century. , 321-328 (1999).
- Sula, B., Deveci, E., Özevren, H., Ekinci, C., Elbey, B. Immunohistochemical and histopathological changes in the skin of rats after administration of lead acetate. International Journal of Morphology. 34 (3), 918-922 (2016).
- Villette, C., Maurer, L., Wanko, A., Heintz, D. Xenobiotics metabolization in Salix alba leaves uncovered by mass spectrometry imaging. Metabolomics. 15, 122 (2019).
- Khatib-Shahidi, S., Andersson, M., Herman, J. L., Gillespie, T. A., Caprioli, R. M. Direct Molecular Analysis of Whole-Body Animal Tissue Sections by Imaging MALDI Mass Spectrometry. Analytical Chemistry. 78 (18), 6448-6456 (2006).
