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Method Article
* Estes autores contribuíram igualmente
O objetivo deste protocolo é fornecer orientação detalhada sobre a preparação adequada da amostra para análise lipídica e metabólito em pequenos tecidos, como o cérebro de Drosophila , utilizando imagens de espectrometria de massa a laser assistida por matriz(MALDI).
O perfil lipídida, ou lipidomics, é uma técnica bem estabelecida usada para estudar todo o conteúdo lipídudo de uma célula ou tecido. As informações adquiridas a partir da lipidemia são valiosas no estudo das vias envolvidas no desenvolvimento, doença e metabolismo celular. Muitas ferramentas e instrumentações têm auxiliado projetos lipidômicos, mais notavelmente várias combinações de espectrometria de massa e técnicas de cromatografia líquida. A desorção/ionização de massa de desorção/ionização de massa assistida por matriz (MALDI MSI) emergiu recentemente como uma poderosa técnica de imagem que complementa abordagens convencionais. Esta nova técnica fornece informações únicas sobre a distribuição espacial de lipídios dentro de compartimentos teciduais, que antes eram inatingíveis sem o uso de modificações excessivas. A preparação amostral da abordagem MALDI MSI é crítica e, portanto, é o foco deste artigo. Este artigo apresenta uma rápida análise lipídica de um grande número de cérebros de Drosophila embutidos no composto de temperatura de corte ideal (OCT) para fornecer um protocolo detalhado para a preparação de pequenos tecidos para análise lipídica ou metabólito e análise de moléculas pequenas através do MALDI MSI.
Os lipídios estão envolvidos em uma ampla gama de processos biológicos e podem ser amplamente classificados em cinco categorias com base em sua diversidade estrutural: ácidos graxos, triaciglicerols (TAGs), fosfolipídios, lipídios de esterol e sphingolipids1. As funções fundamentais dos lipídios são fornecer fontes de energia para processos biológicos (ou seja, TAGs) e formar membranas celulares (ou seja, fosfolipídios e colesterol). No entanto, funções adicionais de lipídios têm sido observados no desenvolvimento e nas doenças, e têm sido extensivamente estudados no campo biomédico. Por exemplo, relatórios mostraram que ácidos graxos de diferentes comprimentos podem ter papéis terapêuticos únicos. Cadeias de ácidos graxos curtos podem estar envolvidas em mecanismos de defesa contra doenças autoimunes, cadeias de ácidos graxos de médio comprimento produzem metabólitos que podem mitigar convulsões, e longas cadeias de ácidos graxos geram metabólitos que podem ser usados para tratar distúrbios metabólicos2. No sistema nervoso, o colesterol derivado da glia e os fosfolipídios têm se mostrado vitais para a sinálogogênese 3,4. Outros tipos de lipídios têm se mostrado promissores em aplicações médicas, incluindo sphingolipids utilizados em sistemas de entrega de medicamentos e sacarolipidos usados para suportar o sistema imunológico 5,6. Os numerosos papéis e potenciais aplicações terapêuticas de lipídios no campo biomédico tornaram a lipidomia — o estudo das vias e interações dos lipídios celulares — um campo crítico e cada vez mais importante.
Lipidomics faz uso de química analítica para estudar o lipidome em grande escala. Os principais métodos experimentais utilizados na lipidomics baseiam-se na espectrometria de massa (MS), juntamente com várias técnicas de cromatografia e mobilidadede íons 7,8. O uso de ESM na área é vantajoso devido à sua alta especificidade e sensibilidade, velocidade de aquisição e capacidades únicas para (1) detectar lipídios e metabólitos lipídes que ocorrem mesmo em níveis baixos e transitórios, (2) detectar centenas de compostos lipídes de lipídios diferentes em um único experimento, (3) identificar lipídios até então desconhecidos e (4) distinguir entre isômeros lipídes. Entre os desenvolvimentos em MS, incluindo a ionização de eletrospray de desorção (DESI), MALDI e espectrometria de massa de íons secundários (SIMS), o MALDI MSI emergiu como uma poderosa técnica de imagem que complementa abordagens convencionais baseadas em MS, fornecendo informações únicas sobre a distribuição espacial de lipídios dentro dos compartimentosteciduais 9,10.
O fluxo de trabalho típico de lipidomics consiste na preparação da amostra, aquisição de dados utilizando tecnologia de espectrometria de massa e análise de dados11. O estudo de lipídios e metabólitos em amostras levou ao surgimento de técnicas para compreender as condições fisiológicas e patológicas dos processos metabólicos em organismos. Embora a compreensão das interações biológicas seja importante, a sensibilidade dos lipídios e metabólitos torna-os difíceis de imagem e identificação sem corantes ou outras modificações. Alterações nos níveis de metabólito ou distribuição podem levar a alterações fenotípicas. Uma ferramenta usada para o perfil metabolômico é o MALDI MSI, uma técnica de imagem in situ livre de rótulos capaz de detectar centenas de moléculas simultaneamente. A imagem MALDI permite a visualização de metabólitos e lipídios em amostras, preservando sua integridade e distribuição espacial. A tecnologia anterior para o perfil lipídicos envolvia o uso de produtos químicos radioativos para mapear individualmente lipídios, enquanto a imagem MALDI deixa isso e permite a detecção de uma série de lipídios simultaneamente.
O metabolismo lipídico e a homeostase desempenham funções importantes na fisiologia celular, como a manutenção e o desenvolvimento do sistema nervoso. Um aspecto essencial do metabolismo lipídico do sistema nervoso é o fechamento lipídico entre neurônios e células gliais, que é mediado por lipoproteínas portadoras moleculares, incluindo lipoproteína de baixa densidade (VLDL), lipoproteínas de baixa densidade (LDL) e lipoproteínas de alta densidade (HDL)12). As lipoproteínas contêm apolipoproteínas (Apo), como ApoB e ApoD, que funcionam como blocos estruturais de carga lipídica e como ligantes para receptores de lipoproteína. O crosstalk neuron-glia de lipídios envolve múltiplos jogadores como ApoD derivado da glia, ApoE e ApoJ, e seus receptores LDL neuronais (LDLRs)13,14. Em Drosophila, apolipophorina, um membro da família ApoB, é um grande portador lipídfo hemoglifo15. A apolipophorina possui dois receptores de lipophorina intimamente relacionados (LpRs), LpR1 e LpR2, que são homólogos do mamífero LDLR15,16. Em estudos anteriores, a lipocalina-arócito Glial Lazarillo (GLaz), um homólogo de Dpophila do ApoD humano, e seu receptor neuronal LpR1 foram descobertos para mediar cooperativamente o fechamento lipídico neuron-glia, regulando assim a morfogênesedendrite 17. Portanto, especula-se que a perda de LpR1 causaria uma diminuição no conteúdo lipídudo global no cérebro de Drosophila. Maldi MSI seria uma ferramenta adequada para traçar o perfil do conteúdo lipídico em pequenos tecidos de cérebros Drosophila mutantes e selvagens, como demonstrado neste estudo.
Apesar da crescente popularidade do MALDI MSI, o alto custo e a complexidade experimental do instrumento muitas vezes impedem sua implementação em laboratórios individuais. Assim, a maioria dos estudos maldi MSI são realizados utilizando instalações de núcleo compartilhado. Como acontece com outras aplicações do MALDI MSI, um cuidadoso processo de preparação de amostras para lipidomics é fundamental para alcançar resultados confiáveis. No entanto, como a preparação de slides de amostras é tipicamente realizada em laboratórios de pesquisa individuais, há possibilidade de variação na aquisição do MALDI MSI. Para combater isso, este artigo tem como objetivo fornecer um protocolo detalhado para a preparação amostral de pequenas amostras biológicas antes da medição do MALDI MSI utilizando a análise lipídica de um grande grupo de cérebros adultos de Drosophila em modo de íon positivo como exemplo11,17. No entanto, algumas classes fosfolipítidas e a maioria dos pequenos metabólitos são favoravelmente detectadas por imagens MALDI no modo íon negativo, que foi descrito anteriormente11. Portanto, com esses dois estudos de exemplo, esperamos fornecer protocolos detalhados de preparação de amostras de várias combinações: tecido grande autônomo versus tecido pequeno incorporado, montagem de degelo versus montagem de lâmina quente e modo íon positivo versus modo íon negativo.
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1. Incorporação de cabeça de mosca
NOTA: Todo o procedimento leva ~45-60 min.
2. Criosectioning o tecido
NOTA: Ao manusear os slides de óxido de lata de índio (ITO), use luvas o tempo todo para evitar a contaminação dos tecidos. O uso de uma máscara também é recomendado para evitar respirar diretamente na lâmina.
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A perda do receptor neuronal LpR1 da lipocalina glialina glialida do astrócito Glial Lazarillo (GLaz), um homólogo drosophila do Ípofilo humano, foi hipótese de ser capaz de causar uma diminuição no conteúdo lipídico global no cérebro de Drosophila. Para testar isso, o MALDI MSI foi usado para traçar o perfil dos lipídios em cérebros drosophila mutantes e selvagens, que é elaborado abaixo.
O experimento foi realizado de acordo com o f...
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Como demonstrado no estudo sobre as variações na composição lipídica em cérebros drosophila mutantes e selvagens, o MALDI MSI pode ser uma valiosa técnica de imagem livre de rótulos para análise in situ de padrões de distribuição molecular dentro de órgãos de pequenos insetos. De fato, como os lipídios são distribuídos tanto no tecido cerebral quanto nos corpos de gordura das cabeças de Drosophila, abordagens lipidômicas convencionais baseadas na cromatografia líquida e espe...
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Os autores não têm conflitos de interesse para divulgar.
Yuki X. Chen, Kelly Veerasammy e Mayan Hein são apoiados pelo Programa de Pesquisa de Verão cuny da Sloan Foundation (CSURP). Jun Yin é apoiado pelo programa de pesquisa intramuros do Projeto Nacional de Saúde Número 1ZIANS003137. O apoio a este projeto foi fornecido por um Prêmio PSC-CUNY para Ye He e Rinat Abzalimov, financiado em conjunto pelo The Professional Staff Congress e the City University of New York.
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
2,5-Dihydroxybenzoic acid (DHB) | Millipore Sigma Aldrich | 85707-1G-F | |
Andwin Scientific CRYOMOLD 15X15X5 | Fisher Scientific | NC9464347 | |
Andwin Scientific Tissue-Tek CRYO-OCT Compound | Fisher Scientific | 14-373-65 | |
Artist brush MSC #5 1/8 X 9/16 TRIM RED SABLE | Fisher Scientific | 50-111-2302 | |
autoflex speed MALDI-TOF MS system | Bruker Daltonics Inc | MALDI-TOF MS instrument | |
BD Syringe with Luer-Lok Tips | Fisher Scientific | 14-823-16E | |
BD Vacutainer General Use Syringe Needles | Fisher Scientific | 23-021-020 | |
Bruker Daltonics GLASS SLIDES MALDI IMAGNG | Fisher Scientific | NC0380464 | |
Drierite, with indicator, 8 mesh, ACROS Organics | AC219095000 | ||
Epson Perfection V600 Photo Scanner | Amazon | Perfection V600 | |
Fisherbrand 5-Place Slide Mailer | Fisher Scientific | HS15986 | |
Fisherbrand Digital Auto-Range Multimeter | Fisher Scientific | 01-241-1 | |
FlexImaging v3.0 | Bruker Daltonics Inc | Bruker MS imaging analysis software | |
HPLC Grade Methanol | Fisher Scientific | MMX04751 | |
HPLC Grade Water | Fisher Scientific | W5-1 | |
HTX M5 Sprayer | HTX Technologies, LLC | Automatic heated matrix sprayer | |
Kimberly-Clark Professional Kimtech Science Kimwipes Delicate Task Wipers | Fisher Scientific | 06-666A | |
MSC Ziploc Freezer Bag | Fisher Scientific | 50-111-3769 | |
SCiLS Lab (2015b) | SCiLS Lab | Advanced MALDI MSI data analysis software | |
Thermo Scientific CryoStar NX50 Cryostat | Fisher Thermo Scientific | 95-713-0 | |
Thermo Scientific Nalgene Transparent Polycarbonate Classic Design Desiccator | Fisher Scientific | 08-642-7 |
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