Salix alba Leaves'ta Kizobiyotik Metabolizmasının Kütle Spektrometresi Görüntüleme Yoluyla Araştırılması
Summary
Bu yöntem, ksenobiyotiklere maruz kaldığında S. alba yapraklarındaki metabolik süreçleri anlamak için kütle spektrometresi görüntüleme (MSI) kullanır. Yöntem, belirli, bozulmamış dokular içinde ilgi çekici bileşiklerin ve tahmin edilen metabolitlerin mekansal lokalizasyonuna izin verir.
Abstract
Sunulan yöntem, ksenobiyotiklere maruz kaldığında S. alba yapraklarının metabolik profilini oluşturmak için kütle spektrometresi görüntüleme (MSI) kullanır. Hedefsiz bir yaklaşım kullanılarak, bitki metabolitleri ve ilgi çekici ksenobiyotikler, belirli dağılım kalıplarını ortaya çıkarmak için bitki dokularında tanımlanır ve lokalize edilir. Daha sonra, tanımlanan ksenobiyotiklerden potansiyel metabolitlerin (yani katabolitlerin ve konjugelerin) siliko tahmini yapılır. Dokuda bir ksenobiyotik metabolit bulunduğunda, bitki tarafından değiştirilmesinde rol oynayan enzim türü kaydedilir. Bu sonuçlar, yapraklardaki ksenobiyotik birikime yanıt olarak S. alba yapraklarında meydana gelen farklı biyolojik reaksiyon türlerini tanımlamak için kullanılmıştır. Metabolitler iki nesilde tahmin edildi ve art arda gelen biyolojik reaksiyonların belgelenmesine izin vererek yaprak dokularındaki ksenobiyotikleri dönüştürdü.
Introduction
Kizobiyotikler, insan faaliyetleri nedeniyle dünya çapında yaygın olarak dağıtılmaktadır. Bu bileşiklerin bazıları suda çözünür ve toprak1tarafından emilir ve bitki dokularında biriktiklerinde besin zincirine girer 2,3,4. Bitkiler, diğer organizmaların avı olan böcekler ve otçullar tarafından yenir. Bazı ksenobiyotiklerin alımı ve bir bitkinin sağlığı üzerindeki etkileri5, 6,7,8,ancak son zamanlarda doku düzeyinde9olarak tanımlanmıştır. Bu nedenle, ksenobiyotik metabolizmasının nerede veya nasıl oluştuğu veya spesifik bitki metabolitlerinin belirli dokularda ksenobiyotik birikimle ilişkili olup olmadığı hala belirsizdir10. Dahası, çoğu araştırma ksenobiyotiklerin metabolizmasını ve bitkilerdeki metabolitlerini gözden kaçırmıştır, bu nedenle bitki dokularındaki bu reaksiyonlar hakkında çok az şey bilinmektedir.
Burada önerilen, biyolojik örneklerde alt tabakaların ve reaksiyonların ürünlerinin doku lokalizasyonu ile ilişkilendirilebilen enzimmatik reaksiyonları araştırmak için bir yöntemdir. Yöntem, bir deneyde biyolojik bir örneğin tam metabolik profilini çizebilir, çünkü analiz hedefsizdir ve özel ilgi analit listeleri kullanılarak araştırılabilir. Sağlanan, özgün veri kümesinde izlenen adayların bir listesidir. Örnekte bir veya birkaç ilgi analitleri dikkat çekiyorsa, spesifik doku lokalizasyonu ilgili biyolojik süreçler hakkında önemli bilgiler sağlayabilir. İlgi analitleri daha sonra olası ürünleri / metabolitleri aramak için ilgili biyolojik yasalar kullanılarak silikoda değiştirilebilir. Elde edilen metabolitlerin listesi daha sonra ilgili enzimleri tanımlayarak ve dokulardaki reaksiyonları lokalize ederek orijinal verileri analiz etmek için kullanılır, böylece meydana gelen metabolik süreçlerin anlaşılmasına yardımcı olur. Başka hiçbir yöntem, biyolojik örneklerde meydana gelen reaksiyon türleri, ilgi bileşiklerinin lokalizasyonu ve ilgili metabolitleri hakkında bilgi sağlamaz. Bu yöntem, taze ve bozulmamış dokular mevcut olduğunda ve ilgi bileşikleri iyonize edilebilir. Önerilen protokol Villette ve ark.12’de yayınlandı ve bilim topluluğu tarafından kullanılmak üzere burada ayrıntılı olarak açıklanmıştır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu protokolün kritik kısmı örnek hazırlamadır: numune yumuşak ve sağlam olmalıdır. Numunenin sıcaklığı ve kalınlığı çalışılan numunenin türüne bağlı olarak değişebileceğinden, kesim en zor kısımdır. Hayvan dokuları genellikle homojendir ve kesilmesi daha kolaydır. Bitki örnekleri genellikle farklı yapılar içerir ve bu nedenle bıçak yumuşak, sert veya boş vasküler dokularla karşılaştığından bozulmadan tutulması daha zordur. Hidrofilik dokularda buz oluşumunu ve yok olmas?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Charles Pineau, Mélanie Lagarrigue ve Régis Lavigne’e bitki örneklerinin MALDI görüntülemesi için numune hazırlığı ile ilgili ipuçları ve püf noktaları için teşekkür ederiz.
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 |
References
- 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).
