MALDI质谱成像首次用于单细胞3D化学成像
更新时间:2019-01-15

(a)受精斑马鱼胚胎在单细胞阶段的奇数编号光学图像。 (b)PE(22:6-16:0)在m / z 762.509和(c)PI(18:0-20:5)在m / z 883.535处的假彩色二维MALDI-MS图像。 通过覆盖所有2D图像,右侧显示投影图像。 所有物种均被检测为去质子化的[M-H] - 。

美国爱荷华州破大学的研究小组(以下简称“研究小组”)开发了高空间分辩率的基质辅助激光解吸电离(MALDI)-MSI,辩白率低至5μm,并将其用于动物代谢物的细胞或亚细胞水平成像。在这里,研究小组利用这种高空间辨别率显现了新受精的个体斑马鱼胚胎的3D MALDI-MSI。这是用MALDI失掉的单个细胞的3D MSI的首次演示,揭示了各种脂质化合物的亚细胞程度定位。

传统分析办法研究小代谢物和脂质需要大量的样品制备、吃力的提取、衍生化以及先期对目标化合物的懂得。因为样品制备打算和仪器的最新发展,质谱成像(MSI)已成为这些研究中广泛使用的分析工具。MSI可实现生物分子空间散布的二维可视化,而无需提取、纯化、分辨或标记分析物。此外,单个MSI试验可以同时检测很多不同类别的化合物,包含未知物,这使得其能够高分辨率和高通量方式直接对生物分子进行细胞或亚细胞作图。

斑马鱼已被普遍用作脊椎动物系统模型,用于研讨脂质代谢、脂质在疾病中的作用以及胚胎发育中的脂质能源学。最近,Fraher等人应用LC-MS法进行脂质组学研究,结果显示胆固醇、磷脂酰胆碱(PC)和甘油三酯是斑马鱼胚胎中最丰富的脂质。他们证明,在调动到胚胎体之前,脂质在蛋黄内被加工。电喷雾电离质谱(DESI-MS)也被用于直接的MS剖析和单个斑马鱼胚胎中脂质的成像、跨胚胎发育(受精后0,24,48,72和96小时)。研究职员对斑马鱼中的代谢组学和脂质组学研究非常感兴趣,因为这些化合物存在关键的生物学功能,例如作为能量储存源、加入细胞信号传导、并作为细胞膜的必要成分。探索如何调节代谢物和脂质是理解生物体系中产生的生物途径跟发育过程的关键。

斑马鱼(Danio rerio)原产于东南亚,是一种小型热带观赏鱼。因为体外受精跟光学透明,受精斑马鱼胚胎可在发育的所有阶段进行观察和操作。此外,斑马鱼很容易获得,价格低廉,结实,易于护理,并且每周可能产下数百个卵。这些独特的遗传特点与实验胚胎优势相结合,使得斑马鱼成为研究早期发育的空想决定。

近日,美国爱荷华州破大学的研究人员,用高空间分辨率基质帮助激光解吸电离(MALDI)- 质谱成像(MSI)来绘制和可视化了新受精的斑马鱼胚胎单细胞中磷脂类——磷脂酰胆碱(PC)、磷脂酰乙醇胺(PE)以及磷脂酰肌醇(PI)的三维空间分布。这是MALDI-MSI首次应用于单个细胞的三维化学成像。相关研究成果已经发表在Scientific Reports上。

由于生物学在三维生物体中发生,3D成像对生命科学中的良多挑战发生了值得留心的影响并不奇怪。最近,使用质谱成像对完整生物分子进行成像已扩展到3D分析,以判断组织样本、琼脂平板和3D细胞培养物中的体积分子分布。使用质谱法最常见的3D成像措施包括收集样品的连续部分,运用传统的二维质谱成像分辨分析每个部分,而后使用打算方法从多个二维凑集重叠和重建最终的3D成像MS数据集等步骤。