Chemische cartografie benaderingen om trypanosomatide infectie te bestuderen
Summary
Dit protocol beschrijft de stappen om een 3D-model van metabolietverdeling tijdens trypanosomatide-infectie te genereren, inclusief monsterverzameling, metabolietextractie, een overzicht van vloeistofchromatografie-tandem massaspectrometriegegevensverzameling, 3D-modelgeneratie en ten slotte gegevensvisualisatie.
Abstract
Pathogeen tropisme en ziektetropisme verwijzen naar de weefsellocaties die selectief gekoloniseerd of beschadigd zijn door pathogenen, wat leidt tot gelokaliseerde ziektesymptomen. Mens-infectieuze trypanosomatide parasieten omvatten Trypanosoma cruzi, de veroorzaker van de ziekte van Chagas; Trypanosoma brucei, de veroorzaker van slaapziekte; en Leishmania-soorten , veroorzakers van leishmaniasis. Samen treffen ze 20 miljoen mensen over de hele wereld. Deze parasieten vertonen specifiek tropisme: hart, slokdarm, dikke darm voor T. cruzi, vetweefsel, pancreas, huid, bloedsomloop en centraal zenuwstelsel voor T. brucei, huid voor dermotrope Leishmania-stammen en lever, milt en beenmerg voor viscerotrope Leishmania-stammen . Een ruimtelijk perspectief is daarom essentieel om de pathogenese van trypanosomatide te begrijpen. Chemische cartografie genereert 3D-visualisaties van de overvloed aan kleine moleculen gegenereerd via vloeistofchromatografie-massaspectrometrie, in vergelijking met microbiologische en immunologische parameters. Dit protocol laat zien hoe chemische cartografie kan worden toegepast om pathogene processen tijdens trypanosomatide-infectie te bestuderen, te beginnen met systematische weefselbemonstering en metabolietextractie, gevolgd door vloeistofchromatografie-tandem massaspectrometriegegevensverzameling en eindigend met het genereren van 3D-kaarten van metabolietverdeling. Deze methode kan worden gebruikt voor meerdere onderzoeksvragen, zoals voedingsbehoeften voor weefselkolonisatie door T. cruzi, T. brucei of Leishmania, immunometabolisme op plaatsen van infectie en de relatie tussen lokale weefselstofwisseling en klinische ziektesymptomen, wat leidt tot uitgebreid inzicht in de pathogenese van trypanosomatide.
Introduction
Trypanosomatide parasieten bestaan uit Leishmania-soorten, Afrikaanse trypanosomen (Trypanosoma brucei) en Amerikaanse trypanosomen (Trypanosoma cruzi). Leishmania protozoa veroorzaken leishmaniasis, waaronder zelfgenezende en zelfbeperkte gelokaliseerde cutane leishmaniasis, mucocutane leishmaniasis waarbij de mucosale weefsels van de mond, neus en keel beschadigd raken, en viscerale leishmaniasis met parasiettropisme naar de viscerale organen die koorts en hepatosplenomegalie veroorzaken1,2. T. brucei veroorzaakt Human African trypanosomiasis (HAT), ook bekend als slaapziekte, voornamelijk gemeld in Afrikaanse landen3. De klinische tekenen en symptomen omvatten hepatosplenomegalie, koorts, hoofdpijn, musculoskeletale pijnen, lymfadenopathieën en bloedarmoede in het hemo-lymfestadium wanneer parasieten zich in de bloedbaan en lymfevaten lokaliseren. Dit wordt gevolgd door de meningo-encefalitische fase, waar parasieten zich lokaliseren naar het centrale zenuwstelsel en slaapstoornissen, gedragsverandering en uiteindelijk fatale comas4 veroorzaken. T. cruzi veroorzaakt de ziekte van Chagas, endemisch in Amerika. Geïnfecteerde personen ervaren een eerste acute fase, meestal asymptomatisch, met breed parasiettropisme. Ongeveer 10% -30% van de geïnfecteerde personen ervaart symptomen in een chronisch stadium na tientallen jaren van infectie, gekenmerkt door megaoesophagus, megacolon en cardiovasculaire complicaties5,6.
Metabolomics bestudeert kleine moleculaire soorten (50-1.500 Da), waaronder biologische verbindingen uit het primaire of secundaire metabolisme en extern afgeleide verbindingen zoals geneesmiddelen of van voedsel afgeleide moleculen. In de context van gastheer-pathogeeninteracties kunnen metabolomica de impact van infectie op gastheermetabolietomgevingen onderzoeken, cruciaal bij het verkrijgen van toegang tot het effect van het pathogeen op de gastheer. Het kan ook pathogene aanpassingen aan de voedings- en immunologische omgeving van de gastheer beoordelen7,8,9. Massaspectrometrie (MS) en nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectroscopie zijn veelgebruikte metabolomics-instrumenten die worden gebruikt om metabolieten te identificeren, kwantificeren en karakteriseren. Deze “omics”-benadering kan ook worden toegepast op de ontdekking van biomarkers en de ontwikkeling van geneesmiddelen10,11.
Gezien het specifieke weefseltropisme van trypanosomatide parasieten, kunnen ruimtelijke metabolomics-analyses een significant inzicht geven in de pathogenese van de ziekten die ze veroorzaken. Het in kaart brengen van de ruimtelijke verdeling van metabolieten onthulde metabolieten die lokaal worden beïnvloed door chronische Trypanosoma cruzi-infectie in het hartweefsel van muizen en acute en langdurige Trypanosoma cruzi-infectie in het maagdarmkanaal van de muis6,12,13. Specifiek toonde 3D chemische cartografie een ontkoppeling aan tussen parasietpersistentie en metabole veranderingen in het hartweefsel van chronisch Trypanosoma cruzi-geïnfecteerde muizen. Het metabolisme was het meest verstoord in lagere en apicale segmenten van het hart, overeenkomend met plaatsen van symptomen van de ziekte van Chagas (cardiale apicale aneurysmata). Metabolietfamilies verstoord door infectie op specifieke cardiale plaatsen en gecorreleerd aan de ernst van de ziekte omvatten acylcarnitines en glycerofosfocholines12,13,14. In het maagdarmkanaal kwamen aanhoudende metabole veranderingen overeen met plaatsen van symptomen van de ziekte van Chagas: slokdarm en dikke darm. Daarentegen wordt het metabolisme opnieuw genormaliseerd op plaatsen die niet geassocieerd zijn met symptomen van de ziekte van Chagas, zoals de dunne darm. Metabolieten die lokaal worden verstoord door infectie in het maagdarmkanaal omvatten acylcarnitines, glycerofosfocholines, kynurenine, tryptofaan en cholzuur. Bovendien maakten deze analyses de identificatie mogelijk van een nieuw metabolisch mechanisme van tolerantie voor de ziekte van Chagas6. Het toepassen van deze methoden op de studie van cutane leishmaniasis onthulde significante metabole verstoringen op de plaats van de laesie, maar ook specifieke metabole veranderingen in laesie-aangrenzend, macroscopisch gezond weefsel. Glutamine was bijvoorbeeld uitgeput op de plaats van de laesie, terwijl glycerofosfocholines in de m / z (massa-ladingsverhouding) 200-299, 400-499, 500-599 en 600-699 significant verhoogd waren op de laesieplaats. PC (O-34:1) was alleen verhoogd op laesie-aangrenzende plaatsen15.
Het doel van dit manuscript is om de stappen aan te tonen die nodig zijn om 3D-modellen van metabolietverdeling (“chemische cartografie”) te genereren zoals toegepast op trypanosomatide parasietinfectiemodellen (figuur 1). Deze aanpak bouwt voort op verschillende kritische ontwikkelingen in de context van metabolomics en metabolomics dataverwerking, met name de ontwikkeling van ‘ili software om metabolomics data eenvoudig uit te zetten op 3D modellen16.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het begrijpen van trypanosomatide-infecties is essentieel om nieuwe medicijnontwikkelings- en behandelingsbenaderingen te begeleiden. Deze chemische cartografiemethode is uniek klaar om bruikbare inzichten te bieden in de relatie tussen metabolisme en pathogenese van trypanosomatideziekte, waardoor deze translationele behoefte wordt aangepakt.
Alleen oplosmiddelen van LC-MS-kwaliteit worden aanbevolen tijdens metabolietextractie en MS-analyses om achtergrondverontreiniging te verminderen. Polymere verontreiniging35, gewoonlijk afkomstig van paraffinefilm en/of andere kunststoffen36,37,38, moet waar mogelijk worden vermeden. Met name parafilm mag nooit worden gebruikt. Deze aspecten zijn cruciaal omdat de kwaliteit van de LC-MS-gegevens afhankelijk is van de materialen die worden gebruikt tijdens de monstervoorbereiding en metabolietextractie. De kwaliteit van de gegevens moet worden gewaarborgd voordat ili-plots worden gegenereerd. Bovendien vereist het genereren van deze uitgebreide ruimtelijke metabolomics-kaarten de verzameling van alle aangrenzende weefselmonsters en metabolietextractie uit alle verzamelde monsters om hiaten in deze kaarten te voorkomen. Verzamelprocedures, logistiek van metabolietextractie en LC-MS-analyse, en kosten moeten daarom worden overwogen en dienovereenkomstig worden gepland.
Dit protocol kan op meerdere manieren worden aangepast om aan de behoeften van de gebruiker te voldoen. De polariteit en oplosbaarheid van oplosmiddelen die tijdens de extractie van metabolieten worden gebruikt, zullen bijvoorbeeld van invloed zijn op welke metabolieten worden gedetecteerd39. Om de diversiteit van gedetecteerde metabolietkenmerken voor ongerichte chemische cartografie-analyses te maximaliseren, wordt het combineren van meerdere extractiestappen en oplosmiddelen aanbevolen. Deze methode maakt bijvoorbeeld gebruik van dichloormethaan, methanol en water als extractiemiddelen omdat ze een nauwkeurige detectie van niet-polaire en polaire moleculen mogelijk maken20,40. Deze oplosmiddelen zijn echter niet universeel geschikt voor elk MS-experiment en onderzoekers moeten extractiemiddelen selecteren op basis van de doelen van hun project. Evenzo kunnen verschillende LC-MS / MS-omstandigheden worden gebruikt, zoals het vervangen van omgekeerde fasechromatografie door normale fasechromatografie. Alternatieve kolommen kunnen ook worden gebruikt voor het verzamelen van gegevens in omgekeerde fasen in plaats van C8-chromatografie, hoewel C8-chromatografie empirisch gezien robuuster is voor weefsellipiden en een lagere verstoppingsfrequentie heeft. Conceptueel kunnen deze protocollen ook worden toegepast op andere massaspectrometriemethoden zoals gaschromatografie-massaspectrometrie, enz.
Een alternatieve benadering is massaspectrometrie beeldvorming. Inderdaad, in tegenstelling tot massaspectrometrie beeldvormingsbenaderingen, bewaart vloeistofchromatografie-massaspectrometrie niet inherent ruimtelijke informatie10. Chemische cartografiebenaderingen overbruggen deze kloof door de bemonsteringslocatie op te nemen op het moment van projectconceptualisatie, in de voorbeeldmetagegevens en bij gegevensverwerkingsstappen. Een kracht van deze chemische cartografiebenadering, in tegenstelling tot massaspectrometriebeeldvorming, is de mogelijkheid om zelfverzekerde annotaties te bieden (Metabolomics Standards Initiative niveau 1 of niveau 2 annotatievertrouwen41), in tegenstelling tot massaspectrometriebeeldvorming waarbij het grootste deel van de toepassingen alleen voor annotatie afhankelijk is van nauwkeurige massa. Massaspectrometrie beeldvorming zal fijnmazige ruimtelijke kartering mogelijk maken, soms tot op het niveau van eencellige, bijvoorbeeld,42,43. Chemische cartografiebenaderingen maken daarentegen grootschalige kruisorgaankartering van metabolietverdeling mogelijk zonder dat zeer gespecialiseerde cryosectievaardigheden voor hele dieren nodig zijn. Chemische cartografie levert aanvullend bewijs voor de vele ruimtelijke transcriptomische benaderingen die worden ontwikkeld, bijvoorbeeld,44, met het voordeel dat de focus ligt op de ‘omics-laag die het dichtst bij het fenotype ligt’45. Alternatieve methoden voor het kwantificeren van de parasietbelasting omvatten het meten van bioluminescentie op het moment van monsterverzameling6. Fijne segmenten kunnen ook worden verzameld om confocale of elektronenmicroscopie mogelijk te maken om gelokaliseerde parasietbelasting en weefselschade te beoordelen. Het waterhomogenaat, dat wordt gebruikt voor cytokinekwantificering in dit protocol en eerdere publicaties13, kan ook worden gebruikt om op eiwitten gebaseerde markers van weefselschade te kwantificeren.
Er zijn ook meerdere manieren om 3D-modellen te verkrijgen die geschikt zijn om de resulterende LC-MS-gegevens te plotten. Naast de hier voorgestelde methode, kunnen modellen vooraf worden gekocht bij verschillende online leveranciers. Zorg ervoor dat de gebruiksvoorwaarden overeenkomen met het beoogde gebruik, met name met betrekking tot publicatie. Modellen voor grote organen kunnen de novo worden gegenereerd met behulp van 3D-scanners volgens scannerinstructies. Alternatieven zoals MATLAB bestaan voor het genereren en visualiseren van 3D-modellen voor chemische cartografie46, maar ze werden voornamelijk geïmplementeerd vóór de ontwikkeling van ‘ili16. MATLAB is een data-analyse en programmeertool suite die een breed scala aan toepassingen biedt op vele gebieden. MATLAB is echter noch gratis noch open-source en vereist bekendheid met MATLAB-interfaces, vooral gezien het feit dat MATLAB niet is ontwikkeld voor het verwerken van massaspectrometriegegevens. De alternatieven van deze voorgestelde methode, namelijk SketchUp, Meshlab en ‘ili, zijn vrij toegankelijk, gebruiksvriendelijk en bieden vergelijkbare functies als MATLAB voor chemische cartografiedoeleinden.
Deze methode is robuust met betrekking tot monstervoorbereiding en metabolietextractie. Probleemoplossing is meestal nodig bij de LC-MS-gegevensverzamelingsstap. Dit valt buiten het bestek van dit artikel. Lezers worden doorverwezen naar uitstekende publicaties over het oplossen van problemen met LC-MS-gegevensverzameling, waaronder 20,47. Evenzo vallen de complexiteiten van metabolietannotatie buiten het bereik van de focus van deze methode op het genereren van 3D-modellen. Nuttige referenties over dit onderwerp zijn 24,25,48,49.
Hoewel deze methode effectief de pathogenese van ziekten onderzoekt, zijn er beperkingen aan deze aanpak, waarvan sommige gebruikelijk zijn in elk metabolomics-experiment. Een van die beperkingen is de lage annotatiesnelheid van LC-MS-functies50, die afhankelijk is van de beschikbaarheid en kwaliteit van referentiespectrale bibliotheken. Een andere beperking is dat dit protocol mRNA niet bewaart vanwege de incompatibiliteit van RNA-conserveringsreagentia zoals RNAlater met LC-MS/MS-analyse. De eiwitkwaliteit is echter voldoende voor downstream-analyses en kan dus op mRNA gebaseerde analyses vervangen.
Een chemische cartografie benadering van infectie pathogenese weerspiegelt direct hoe bacteriële, virale of parasitaire infecties zich ontwikkelen in orgaansystemen en gelokaliseerde ziekten veroorzaken. Het analyseren van deze regionale subsamples en het genereren van 3D-modellen brengt uiteindelijk over hoe metabolieten functioneren in de driedimensionale ruimte, waardoor licht wordt geworpen op deze voorheen niet-herkende ruimtelijke dimensies van de moleculaire biologie. Met behulp van dit protocol werd bijvoorbeeld de lokalisatie van metabolieten vergeleken met de parasietbelasting van Trypanosoma cruzi. De resultaten verduidelijkten de relatie tussen het pathogeen en het gastheerweefsel en toonden ook de metabole dynamiek van symptoomprogressie van de ziekte van Chagas6. Chemische cartografiemethoden zijn ook toegepast op verschillende onderwerpen, zoals interactie tussen mens en gebouwde omgeving51,52,53, de chemische samenstelling van orgaansystemen zoals menselijke huid46 en longen54, en plantenmetabolisme en omgevingsinteracties55. Toekomstige toepassingen kunnen betrekking hebben op het beoordelen van gelokaliseerde ziektetolerantie en veerkracht, of de relatie tussen lokale metabolietniveaus, pathogeen tropisme en ziektetropisme in modellen die verder gaan dan trypanosomatide-infectie. Deze aanpak zou ook breed toepasbaar moeten zijn om de huidige farmacokinetische protocollen uit te breiden, om de relatie tussen lokale weefselgeneesmiddelniveaus en medicijnmetabolisme versus de algehele metabole context, weefselschade en pathogeenklaring te beoordelen. Over het algemeen maakt chemische cartografie unieke verkenningen van metabolietverdelingen in verschillende monstertypen mogelijk, met toepassingen zoals ziektepathogenese, menselijke gezondheid, interacties tussen mens en omgeving en microbiële dynamiek.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Laura-Isobel McCall, PhD, heeft een Investigators in the Pathogenesis of Infectious Disease Award van het Burroughs Wellcome Fund. De auteurs willen verder de steun erkennen van NIH-awardnummer R21AI148886, een pilotbeurs van het Oklahoma Center for Respiratory and Infectious Diseases (OCRID) onder NIH-awardnummer P20GM103648, en start-upfondsen van de Universiteit van Oklahoma (naar LIM). De inhoud is uitsluitend de verantwoordelijkheid van de auteurs en vertegenwoordigt niet noodzakelijkerwijs de officiële standpunten van de financiers. De auteurs willen ook de ontwikkelaars van de tools bedanken die in dit protocol worden gebruikt. Alle relevante publicaties zijn geciteerd, indien van toepassing.
Materials
| 1.5 mL Eppendorf tubes | NA | NA | any brand, as available |
| 1 L bottle, pyrex | NA | NA | any brand, as available |
| 1 L graduated cylinder, pyrex | NA | NA | any brand, as available |
| 2 mL SafeLock Eppendorf tubes | VWR | 20901-540 | use the appropriate tube model for the available tissue homogenizer |
| 3D model (de-novo generated according to protocol steps, or purchased) | NA | NA | as appropriate for system under investigation |
| 5 mm stainless steel bead | Qiagen | 69989 | |
| 96 well plate | Fisher | 3252449 | |
| AATTCCTCCAAGCAGCGGATA primer | NA | NA | any brand, as available; published in Piron, M. et al. Development of a real-time PCR assay for Trypanosoma cruzi detection in blood samples. Acta tropica. 103 (3), 195–200 (2007). |
| analytical balance | NA | NA | any brand, as available |
| ASTCGGCTGATCGTTTTCGA primer | NA | NA | any brand, as available; published in Piron, M. et al. Development of a real-time PCR assay for Trypanosoma cruzi detection in blood samples. Acta tropica. 103 (3), 195–200 (2007). |
| benchtop centrifuge with microcentrifuge, falcon tube and 96-well-plate capacity | NA | NA | any brand, as available |
| biosafety cabinet | NA | NA | class II, type A2; any brand, as available |
| CAGCAAGCATCTATGCACTTAG ACCCC primer |
NA | NA | any brand, as available; published in Cummings, K.L., Tarleton, R.L. Rapid quantitation of Trypanosoma cruzi in host tissue by real-time PCR. Molecular and biochemical parasitology. 129 (1), 53–59 (2003). |
| camera | NA | NA | any brand, as available. A cellphone camera is adequate for this protocol |
| chemiluminescent-capable imaging system | NA | NA | any system, as available |
| cotton balls | NA | NA | any brand, as available |
| cryogloves | VWR | 97008-208 | replace with any brand, as available |
| dissection scissors | NA | NA | any brand, as available |
| dry ice | NA | NA | any brand, as available |
| extra-length forceps | NA | NA | any brand, as available |
| flammable-grade refrigerator | NA | NA | any brand, as available |
| freezer storage boxes for microcentrifuge tubes | NA | NA | any brand, as available |
| fume hood | NA | NA | any brand, as available |
| high-resolution mass spectrometer | NA | NA | any brand, as available, such as ThermoFisher Q-Exactive Plus (catalog number 0726030) |
| ice bucket | NA | NA | any brand, as available |
| ili software | ili.embl.de | NA | |
| isoflurane | Covetrus | 29405 | |
| large tupperware | NA | NA | any brand, as available; large enough to comfortably contain mouse, cotton ball |
| LC-MS grade acetonitrile | Fisher Optima | A955-4 | |
| LC-MS grade dicholoromethane | Fisher Optima | D151-4 | |
| LC-MS grade formic acid | Fisher Optima | A11750 | |
| LC-MS grade methanol | Fisher Optima | A456-4 | |
| LC-MS grade water | Fisher Optima | W64 | |
| liquid chromatography column | Phenomenex | 00B-4499-AN | may be changed to other brands and models as appropriate for the metabolites of interest |
| liquid chromatography column guard cartridge | Phenomenex | AJ0-8784 | may be changed to other brands and models as appropriate for the metabolites of interest |
| liquid chromatography column guard cartridge holder | Phenomenex | AJ0-9000 | may be changed to other brands and models as appropriate for the metabolites of interest |
| liquid nitrogen | NA | NA | any brand, as available |
| luciferin | Goldbio | LUCK-1G | |
| MeshLab software | https://www.meshlab.net/ | NA | |
| Meshmixer software | https://www.meshmixer.com/ | NA | |
| MS calibrant | NA | NA | appropriate one for available instrument |
| MS data processing software | NA | NA | multiple options available; authors recommend MZmine |
| MSConvert software | http://proteowizard.sourceforge.net/ | NA | |
| Nanodrop | ThermoFisher | ND-ONE-W | other nanodrop models are also suitable |
| p1000 pipet tips | NA | NA | use the appropriate brand to fit available pipettors |
| p1000 pipettor | NA | NA | any brand, as available |
| p20 pipette tips | NA | NA | use the appropriate brand to fit available pipettors |
| p20 pipettor | NA | NA | any brand, as available |
| p200 pipette tips | NA | NA | use the appropriate brand to fit available pipettors |
| p200 pipettor | NA | NA | any brand, as available |
| personal protective equipment (gloves, lab coat, safety glasses/goggles; faceshield) | NA | NA | any brand, as available |
| Q-Plex Mouse Cytokine – Screen (16-Plex) | Quansys biosciences | 110949MS | can replace with other protein-based cytokine assays such as other commercial cytokine ELISA kits |
| Quick-DNA Miniprep Plus Kit (200 preps) | Zymo | D4069 | replace with any brand of mammalian DNA extraction kit, as available |
| real-time thermocycler | NA | NA | any brand, as available |
| salt shaker or tea infuser | NA | NA | any brand; to contain isoflurane-soaked cotton ball and prevent contact with mouse skin |
| SketchUp software | https://www.sketchup.com/ | NA | |
| specimen forceps | NA | NA | any brand, as available |
| speedvac with microcentrifuge tube and 96-well-plate capacity | NA | NA | any brand, as available |
| spreadsheet software | https://www.microsoft.com/en-us/microsoft-365/excel | NA | can replace with other spreadsheet management software, as applicable |
| sulfachloropyridazine | Sigma | S9882-100G | |
| sulfadimethoxine | Sigma | S7007-10G | |
| Sybr green qPCR reaction mix | Fisher | A25780 | can replace with other Sybr green qPCR reaction mixes, as desired |
| TCCCTCTCATCAGTTCTAT GGCCCA primer |
NA | NA | any brand, as available; published in Cummings, K.L., Tarleton, R.L. Rapid quantitation of Trypanosoma cruzi in host tissue by real-time PCR. Molecular and biochemical parasitology. 129 (1), 53–59 (2003). |
| tissue homogenizer | NA | NA | any brand, as available; for example, Qiagen TissueLyser II, catalog number 85300, with TissueLyser Adapter Set (2 x 24), catalog number 69982 |
| tissue samples | NA | NA | from appropriate infection model |
| TissueLyser single-bead dispenser | Qiagen | 69965 | |
| UHPLC | NA | NA | any brand, as available, such as ThermoFisher Vanquish (catalog number IQLAAAGABHFAPUMBHV) |
| ultra-low temperature freezer (-80) | NA | NA | any brand, as available |
| ultrasonic bath | NA | NA | any system, as available |
| wet ice | NA | NA | any brand, as available |
| zone-free sealing film | VWR | 490007-390 |
References
- McCall, L. -. I., et al. Adaptation of Leishmania donovani to and visceral environments: in vivo selection and proteomic analysis. Journal of Proteome Research. 14 (2), 1033-1059 (2015).
- McCall, L. -. I., Zhang, W. -. W., Matlashewski, G. Determinants for the development of visceral leishmaniasis disease. PLoS Pathogens. 9 (1), 1003053 (2013).
- de Castro Neto, A. L., da Silveira, J. F., Mortara, R. A. Comparative analysis of virulence mechanisms of trypanosomatids pathogenic to humans. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. 11, 669079 (2021).
- Franco, J. R., Simarro, P. P., Diarra, A., Jannin, J. G. Epidemiology of human African trypanosomiasis. Clinical Epidemiology. 6, 257-275 (2014).
- Ottilie, S., et al. Rapid chagas disease drug target discovery using directed evolution in drug-sensitive yeast. ACS Chemical Biology. 12 (2), 422-434 (2017).
- Hossain, E., et al. Mapping of host-parasite-microbiome interactions reveals metabolic determinants of tropism and tolerance in Chagas disease. Science Advances. 6 (30), (2020).
- Parab, A. R., McCall, L. -. I. Tryp-ing up metabolism: Role of metabolic adaptations in kinetoplastid disease pathogenesis. Infection and Immunity. 89 (4), (2021).
- Lewis, C. M., McCall, L. -. I., Sharp, R. R., Spicer, P. G. Ethical priority of the most actionable system of biomolecules: the metabolome. American Journal of Physical Anthropology. 171 (2), 177-181 (2020).
- Liu, Z., Ulrich vonBargen, R., McCall, L. I. Central role of metabolism in Trypanosoma cruzi tropism and Chagas disease pathogenesis. Current Opinion in Microbiology. 63, 204-209 (2021).
- Newsom, S. N., McCall, L. -. I. Metabolomics: Eavesdropping on silent conversations between hosts and their unwelcome guests. PLoS Pathogens. 14 (4), 1006926 (2018).
- Wishart, D. S., et al. HMDB: the Human Metabolome Database. Nucleic Acids Research. 35, 521-526 (2007).
- Dean, D. A., et al. Spatial metabolomics identifies localized chemical changes in heart tissue during chronic cardiac Chagas disease. PLoS Neglected Tropical Diseases. 15 (10), 0009819 (2021).
- McCall, L. -. I., et al. Mass spectrometry-based chemical cartography of a cardiac parasitic infection. Analytical Chemistry. 89 (19), 10414-10421 (2017).
- Hoffman, K., et al. Alterations to the cardiac metabolome induced by chronic infection relate to the degree of cardiac pathology. ACS Infectious Diseases. 7 (6), 1638-1649 (2021).
- Parab, A. R., et al. Dysregulation of glycerophosphocholines in the cutaneous lesion caused by Leishmania major in experimental murine models. Pathogens. 10 (5), 593 (2021).
- Protsyuk, I., et al. 3D molecular cartography using LC-MS facilitated by Optimus and ‘ili software. Nature Protocols. 13 (1), 134-154 (2018).
- McCall, L. -. I., et al. Targeting ergosterol biosynthesis in Leishmania donovani: Essentiality of Sterol 14alpha-demethylase. PLOS Neglected Tropical Diseases. 9 (3), 0003588 (2015).
- Tear, W. F., et al. Selectivity and physicochemical optimization of repurposed Pyrazolo[1,5-]pyridazines for the treatment of human African trypanosomiasis. Journal of Medicinal Chemistry. 63 (2), 756-783 (2020).
- Klug, D. M., et al. Hit-to-lead optimization of benzoxazepinoindazoles as human African trypanosomiasis therapeutics. Journal of Medicinal Chemistry. 63 (5), 2527-2546 (2020).
- Want, E. J., et al. Global metabolic profiling of animal and human tissues via UPLC-MS. Nature Protocols. 8 (1), 17-32 (2013).
- Piron, M., et al. Development of a real-time PCR assay for Trypanosoma cruzi detection in blood samples. Acta Tropica. 103 (3), 195-200 (2007).
- Cummings, K. L., Tarleton, R. L. Rapid quantitation of Trypanosoma cruzi in host tissue by real-time PCR. Molecular and Biochemical Parasitology. 129 (1), 53-59 (2003).
- Livak, K. J., Schmittgen, T. D. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2−ΔΔCT method. Methods. 25 (4), 402-408 (2001).
- Nothias, L. -. F., et al. Feature-based molecular networking in the GNPS analysis environment. Nature Methods. 17 (9), 905-908 (2020).
- Wang, M., et al. Sharing and community curation of mass spectrometry data with global natural products social molecular networking. Nature Biotechnology. 34 (8), 828-837 (2016).
- Chambers, M. C., et al. A cross-platform toolkit for mass spectrometry and proteomics. Nature Biotechnology. 30 (10), 918-920 (2012).
- Tsugawa, H., et al. MS-DIAL: data-independent MS/MS deconvolution for comprehensive metabolome analysis. Nature Methods. 12 (6), 523-526 (2015).
- Sturm, M., et al. OpenMS – an open-source software framework for mass spectrometry. BMC Bioinformatics. 9, 163 (2008).
- Pluskal, T., Castillo, S., Villar-Briones, A., Oresic, M. MZmine 2: modular framework for processing, visualizing, and analyzing mass spectrometry-based molecular profile data. BMC Bioinformatics. 11, 395 (2010).
- Smith, C. A., Want, E. J., O’Maille, G., Abagyan, R., Siuzdak, G. XCMS: processing mass spectrometry data for metabolite profiling using nonlinear peak alignment, matching, and identification. Analytical Chemistry. 78 (3), 779-787 (2006).
- . FBMN with MZmine Available from: https://ccms-ucsd.github.io/GNPSDocumentation/featurebasedmolecularnetworking-with-mzmine2/ (2021)
- Lewis, M. D., et al. Bioluminescence imaging of chronic Trypanosoma cruzi infections reveals tissue-specific parasite dynamics and heart disease in the absence of locally persistent infection. Cellular Microbiology. 16 (9), 1285-1300 (2014).
- Knubel, C. P., et al. 3-Hydroxy kynurenine treatment controls T. cruzi replication and the inflammatory pathology preventing the clinical symptoms of chronic Chagas disease. PloS One. 6 (10), 26550 (2011).
- Dumoulin, P. C., Vollrath, J., Tomko, S. S., Wang, J. X., Burleigh, B. Glutamine metabolism modulates azole susceptibility in amastigotes. eLife. 9, (2020).
- Keller, B. O., Sui, J., Young, A. B., Whittal, R. M. Interferences and contaminants encountered in modern mass spectrometry. Analytica Chimica Acta. 627 (1), 71-81 (2008).
- Weaver, R., Riley, R. J. Identification and reduction of ion suppression effects on pharmacokinetic parameters by polyethylene glycol 400. Rapid Communications in Mass Spectrometry: RCM. 20 (17), 2559-2564 (2006).
- Larger, P. J., Breda, M., Fraier, D., Hughes, H., James, C. A. Ion-suppression effects in liquid chromatography-tandem mass spectrometry due to a formulation agent, a case study in drug discovery bioanalysis. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 39 (1-2), 206-216 (2005).
- Furey, A., Moriarty, M., Bane, V., Kinsella, B., Lehane, M. Ion suppression; a critical review on causes, evaluation, prevention and applications. Talanta. 115, 104-122 (2013).
- Lu, W., et al. Metabolite measurement: Pitfalls to avoid and practices to follow. Annual Review of Biochemistry. 86, 277-304 (2017).
- Masson, P., Alves, A. C., Ebbels, T. M. D., Nicholson, J. K., Want, E. J. Optimization and evaluation of metabolite extraction protocols for untargeted metabolic profiling of liver samples by UPLC-MS. Analytical Chemistry. 82 (18), 7779-7786 (2010).
- Sumner, L. W., et al. Proposed minimum reporting standards for chemical analysis. Metabolomics. 3 (3), 211-221 (2007).
- Rappez, L., et al. SpaceM reveals metabolic states of single cells. Nature Methods. 18 (7), 799-805 (2021).
- Yang, B., Tsui, T., Caprioli, R. M., Norris, J. L. Sample preparation and analysis of single cells using high performance MALDI FTICR mass spectrometry. Methods in Molecular Biology. 2064, 125-134 (2020).
- Longo, S. K., Guo, M. G., Ji, A. L., Khavari, P. A. Integrating single-cell and spatial transcriptomics to elucidate intercellular tissue dynamics. Nature Reviews. Genetics. 22 (10), 627-644 (2021).
- Patti, G. J., Yanes, O., Siuzdak, G. Innovation: Metabolomics: the apogee of the omics trilogy. Nature Reviews. Molecular Cell Biology. 13 (4), 263-269 (2012).
- Bouslimani, A., et al. Molecular cartography of the human skin surface in 3D. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (17), 2120-2129 (2015).
- Dudzik, D., Barbas-Bernardos, C., García, A., Barbas, C. Quality assurance procedures for mass spectrometry untargeted metabolomics. A review. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 147, 149-173 (2018).
- Alseekh, S., et al. Mass spectrometry-based metabolomics: a guide for annotation, quantification and best reporting practices. Nature Methods. 18 (7), 747-756 (2021).
- Chaleckis, R., Meister, I., Zhang, P., Wheelock, C. E. Challenges, progress and promises of metabolite annotation for LC-MS-based metabolomics. Current Opinion in Biotechnology. 55, 44-50 (2019).
- Viant, M. R., Kurland, I. J., Jones, M. R., Dunn, W. B. How close are we to complete annotation of metabolomes. Current Opinion in Chemical Biology. 36, 64-69 (2017).
- Kapono, C. A., et al. Creating a 3D microbial and chemical snapshot of a human habitat. Scientific Reports. 8 (1), 3669 (2018).
- Petras, D., et al. Mass spectrometry-based visualization of molecules associated with human habitats. Analytical Chemistry. 88 (22), 10775-10784 (2016).
- McCall, L. -. I., et al. Analysis of university workplace building surfaces reveals usage-specific chemical signatures. Building and Environment. 162, 106289 (2019).
- Garg, N., et al. Three-dimensional microbiome and metabolome cartography of a diseased human lung. Cell Host & Microbe. 22 (5), 705-716 (2017).
- Floros, D. J., et al. Mass spectrometry based molecular 3D-cartography of plant metabolites. Frontiers in Plant Science. 8, 429 (2017).
