Undersökning av Xenobiotika metabolism i Salix alba blad via masspektrometri imaging
Summary
Denna metod använder masspektrometri imaging (MSI) för att förstå metaboliska processer i S. alba blad när de utsätts för xenobiotika. Metoden möjliggör rumslig lokalisering av föreningar av intresse och deras förväntade metaboliter inom specifika, intakta vävnader.
Abstract
Metoden som presenteras använder masspektrometri imaging (MSI) för att fastställa den metaboliska profilen av S. alba blad när de utsätts för xenobiotika. Med hjälp av ett icke-riktat tillvägagångssätt identifieras växtmetaboliter och xenobiotika av intresse och lokaliseras i växtvävnader för att avslöja specifika distributionsmönster. Sedan, i silico förutsägelse av potentiella metaboliter (dvs kataboliter och konjugat) från de identifierade xenobiotika utförs. När en xenobiotisk metabolit finns i vävnaden registreras den typ av enzym som är involverad i dess förändring av växten. Dessa resultat användes för att beskriva olika typer av biologiska reaktioner som förekommer i S. alba blad som svar på xenobiotiska ackumulering i bladen. Metaboliterna förutspåddes i två generationer, vilket gör det möjligt att dokumentation av successiva biologiska reaktioner omvandla xenobiotika i bladvävnaderna.
Introduction
Xenobiotika är utbredd över hela världen på grund av mänskliga aktiviteter. Några av dessa föreningar är vattenlösliga och absorberas av jord1, och kommer in i livsmedelskedjan när de ackumuleras iväxtvävnader 2,3,4. Växterna äts av insekter och växtätare, som är rov för andra organismer. Intaget av vissa xenobiotika och deras inverkan på en växts hälsa har beskrivits5,6,7,8, men först nyligen på envävnadsnivå 9. Därför är det fortfarande oklart var eller hur metabolismen av xenobiotika förekommer, eller om specifika växtmetaboliter är korrelerade till xenobiotisk ackumulering i specifikavävnader 10. Dessutom har de flesta forskning förbisett metabolismen av xenobiotika och deras metaboliter i växter, så lite är känt om dessa reaktioner i växtvävnader.
Här föreslås en metod för att undersöka enzymatiska reaktioner i biologiska prover som kan kopplas till vävnadslokalisering av substrat och produkter av reaktionerna. Metoden kan rita den fullständiga metaboliska profilen för ett biologiskt prov i ett experiment, eftersom analysen inte är riktad och kan undersökas med hjälp av anpassade listor över analyter av intresse. Det finns en lista över kandidater som spåras i den ursprungliga datauppsättningen. Om en eller flera analyter av intresse noteras i provet kan den specifika vävnadslokaliseringen ge viktig information om de relaterade biologiska processerna. De analyter som är av intresse kan sedan modifieras i silico med hjälp av relevanta biologiska lagar för att söka efter möjliga produkter/metaboliter. Listan över erhållna metaboliter används sedan för att analysera de ursprungliga uppgifterna genom att identifiera de enzymer som är inblandade och lokalisera reaktionerna i vävnaderna, vilket hjälper till att förstå de förekommande metaboliska processerna. Ingen annan metod ger information om de typer av reaktioner som förekommer i de biologiska proverna, lokaliseringen av intresseföreningarna och deras relaterade metaboliter. Denna metod kan användas på alla typer av biologiskt material när färska och intakta vävnader finns tillgängliga och de föreningar som är av intresse kan joniseras. Det föreslagna protokollet publicerades i Villette et al.12 och beskrivs här för användning av forskarsamhället.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den kritiska delen av detta protokoll är provberedningen: provet måste vara mjukt och intakt. Skärning är den svåraste delen, eftersom provets temperatur och tjocklek kan variera beroende på vilken typ av prov som studeras. Djurvävnader är vanligtvis homogena och lättare att skära. Växtprover innehåller ofta olika strukturer och är därför svårare att hålla intakta eftersom bladet stöter på mjuka, hårda eller tomma kärlvävnader. Det rekommenderas starkt att använda färska vävnader när du arbetar …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi tackar Charles Pineau, Mélanie Lagarrigue och Régis Lavigne för deras tips och tricks gällande provberedning för MALDI-avbildning av växtprover.
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).
