Name: maldi imaging mass spectrometry of neuropeptides in parkinson's disease
Uploaded: 2012-02-14T13:00:00
Duration: 16 min 57 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about MALDI Imaging Mass Spectrometry of Neuropeptides in Parkinson's Disease at JoVE.com

Мы благодарим Ханна Warner за вклад данные для 3 и профессор Йонас Бергквист за ценный вклад. Шведский Совет по исследованиям (грант 522-2006-6416 (MA), 521-2007-5407 (MA), Фонда Оке Виберг (MA, JH), Королевской академии шведского наук (MA, JH) и Шведское химическое Общество (JH) с благодарностью за финансовую поддержку.

<ol>
	<li>Obeso, J. A., Olanow, C. W., Nutt, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Levodopa+motor+complications+in+Parkinson's+disease.">Levodopa motor complications in Parkinson's disease.</a> Trends Neurosci. 23, S2-S7 (2000).</li><li>Caprioli, R. M., Farmer, T. B., Gile, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+imaging+of+biological+samples:+localization+of+peptides+and+proteins+using+MALDI-TOF+MS.">Molecular imaging of biological samples: localization of peptides and proteins using MALDI-TOF MS.</a> MALDI-TOF MS. Anal. Chem. 69, 4751-4760 (1997).</li><li>Obeso, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+evolution+and+origin+of+motor+complications+in+Parkinson's+disease.">The evolution and origin of motor complications in Parkinson's disease.</a> Neurology. 55, S13-S20 (2000).</li><li>O, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noncommunicable+Diseases+and+Mental+Health+Cluster,+Noncommunicable+Disease+Prevention+and+Health+Promotion+Department,+Ageing+and+Life+Course.">Noncommunicable Diseases and Mental Health Cluster, Noncommunicable Disease Prevention and Health Promotion Department, Ageing and Life Course.</a> Active Ageing: A Policy framework. , (2002).</li><li>Schapira, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Movement+disorders:+advances+in+cause+and+treatment.">Movement disorders: advances in cause and treatment.</a> Lancet Neurology. , 6-7 (2010).</li><li>Obeso, J. A., Rodriguez-Oroz, M. C., Rodriguez, M., DeLong, M. R., Olanow, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pathophysiology+of+levodopa-induced+dyskinesias+in+Parkinson's+disease:+problems+with+the+current+model.">Pathophysiology of levodopa-induced dyskinesias in Parkinson's disease: problems with the current model.</a> Ann. Neurol. 47, S22-S32 (2000).</li><li>Cenci, M. A., Lee, C. S., Bjorklund, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=L-DOPA-induced+dyskinesia+in+the+rat+is+associated+with+striatal+overexpression+of+prodynorphin-+and+glutamic+acid+decarboxylase+mRNA.">L-DOPA-induced dyskinesia in the rat is associated with striatal overexpression of prodynorphin- and glutamic acid decarboxylase mRNA.</a> Eur. J. Neurosci. 10, 2694-2706 (1998).</li><li>Andersson, M., Hilbertson, A., Cenci, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Striatal+fosB+expression+is+causally+linked+with+l-DOPA-induced+abnormal+involuntary+movements+and+the+associated+upregulation+of+striatal+prodynorphin+mRNA+in+a+rat+model+of+Parkinson's+disease.">Striatal fosB expression is causally linked with l-DOPA-induced abnormal involuntary movements and the associated upregulation of striatal prodynorphin mRNA in a rat model of Parkinson's disease.</a> Neurobiol Dis. 6, 461-474 (1999).</li><li>Hanrieder, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alterations+of+striatal+neuropeptides+revealed+by+imaging+mass+spectrometry.">Alterations of striatal neuropeptides revealed by imaging mass spectrometry.</a> Molecular &#38; Cellular Proteomics. , (2011).</li><li>Cornett, D. S., Reyzer, M. L., Chaurand, P., Caprioli, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MALDI+imaging+mass+spectrometry:+molecular+snapshots+of+biochemical+systems.">MALDI imaging mass spectrometry: molecular snapshots of biochemical systems.</a> Nat. Methods. 4, 828-833 (2007).</li><li>Ljungdahl, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+Mass+Spectrometry+Reveals+Elevated+Nigral+Levels+of+Dynorphin+Neuropeptides+in+L-DOPA-Induced+Dyskinesia+in+Rat+Model+of+Parkinson's+Disease.">Imaging Mass Spectrometry Reveals Elevated Nigral Levels of Dynorphin Neuropeptides in L-DOPA-Induced Dyskinesia in Rat Model of Parkinson's Disease.</a> PLoS ONE. 6, e25653 (2011).</li><li>Groseclose, M. R., Andersson, M., Hardesty, W. M., Caprioli, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+proteins+directly+from+tissue:+in+situ+tryptic+digestions+coupled+with+imaging+mass+spectrometry.">Identification of proteins directly from tissue: in situ tryptic digestions coupled with imaging mass spectrometry.</a> J. Mass. Spectrom. 42, 254-262 (2007).</li><li>Andersson, M., Groseclose, M. R., Deutch, A. Y., Caprioli, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+mass+spectrometry+of+proteins+and+peptides:+3D+volume+reconstruction.">Imaging mass spectrometry of proteins and peptides: 3D volume reconstruction.</a> Nat. Methods. 5, 101-108 (2008).</li><li>Deininger, S. -. O., Setou, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Imaging Mass Spectrometry. , 199-208 (2010).</li><li>Norris, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Processing+MALDI+Mass+Spectra+to+Improve+Mass+Spectral+Direct+Tissue+Analysis.">Processing MALDI Mass Spectra to Improve Mass Spectral Direct Tissue Analysis.</a> Int. J. Mass. Spectrom. 260, 212-221 (2007).</li><li>Ihaka, R., Gentleman, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Language+for+Data+Analysis+and+Graphics.">A Language for Data Analysis and Graphics.</a> Journal of Computational and Graphical Statistics. 5, 299-314 (1996).</li><li>Tusher, V. G., Tibshirani, R., Chu, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Significance+analysis+of+microarrays+applied+to+the+ionizing+radiation+response.">Significance analysis of microarrays applied to the ionizing radiation response.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98, 5116-5121 (2001).</li><li>Bergstrom, L., Christensson, I., Folkesson, R., Stenstrom, B., Terenius, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+ion+exchange+chromatography+and+radioimmunoassay+procedure+for+measuring+opioid+peptides+and+substance+P.">An ion exchange chromatography and radioimmunoassay procedure for measuring opioid peptides and substance P.</a> Life. Sci. 33, 1613-1619 (1983).</li><li>Falth, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuropeptidomics+strategies+for+specific+and+sensitive+identification+of+endogenous+peptides.">Neuropeptidomics strategies for specific and sensitive identification of endogenous peptides.</a> Mol. Cell. Proteomics. 6, 1188-1197 (2007).</li><li>Falth, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SwePep,+a+database+designed+for+endogenous+peptides+and+mass+spectrometry.">SwePep, a database designed for endogenous peptides and mass spectrometry.</a> Mol. Cell. Proteomics. 5, 998-1005 (2006).</li></ol>

Авторы не имеют ничего раскрывать.

Есть несколько преимуществ использования изображений MALDI масс-спектрометрии в исследовании нейропептидов. Непредвзятый анализ данных MS могу сообщить, что только определенные мозга ядер, или, как в результаты, представленные здесь, где только дорсолатеральной части полосатого тела связана с определенным патофизиологические состояния. Сохраняя пространственную информацию, тогда можно переопределить регионах, представляющих интерес для выполнения статистического анализа с высокой чувствительностью и более низкая вариабельность по сравнению с анализом целые разделы мозга или с помощью традиционных исследований peptidomics на пептидных экстрактов. Кроме того, важно понимать, MALDI IMS легко может обнаружить неизвестные ранее пост-трансляционной модификации, но и структурного анализа должны следовать, чтобы определить точное аминокислот в позициях, которые были изменены. Распространенные ошибки в визуализации MALDI IMS данные включают отображение максимальной интенсивности пика линейных оптических шкале от блACK (0%) до цвета (100%) для каждого раздела в серии опытов (рис. 3), а отображение всех разделов общей абсолютной шкале, где 100% максимальной интенсивности пика всех разделов (рис. 5) . Последний метод позволяет сравнивать группы и визуализации данных различий между группами лечения. Основным препятствием в анализ MALDI IMS является предоставление пептидов конкретные пики массы. На ткани тандем-масс-спектрометрии, иногда можно, но часто оказывается довольно сложно 13,14. Мы считаем, что более традиционного подхода, в том числе фракционирования препаративной на сильном катионообменной хроматографии с последующей обратной LC-MS/MS фаза может быть успешно использованы для последовательности многих нейропептидов и особенно опиоидных пептидов. До сих пор не редкость, чтобы получить хорошее качество MS / MS спектры, что не соответствует ни записей в базе данных с помощью обычных поисковых систем, таких, как талисман. В этих случаях де-Ново-последовательность на руку ONLУ варианта. Окончательное доказательство пик идентичность может быть получен MALDI IMS в срезах тканей с соответствующей мыши нокаутом, но это не всегда доступны или возможности. В качестве альтернативы можно проверить результаты диаметрально другой метод, например, западную иммуноблоттинга и иммуногистохимии. Это может часто включают в себя повышение антител и значительный объем работы, проверка новых антител. Общей стратегии, представленные в этом протокол оптимизирован для крупномасштабных экспериментов MALDI нейропептида IMS в том числе несколько разделов и условий эксперимента. Протокол был оптимизирован специально для опиоидных пептидов и будет иметь большое влияние в будущих исследованиях, как, занятых в различных областях исследований, включая механизмы, лежащие боль и эндогенные реакции на препараты наркомании.

1.1 Сбор и подготовка образцов <ol><li> Изофлюран (Apoteksbolaget AB, Швеция) </li><li> Хирургические инструменты, две пары ножниц, костные кусачки, шпатель </li><li> Измельченных сухого льда </li><li> Алюминиевой фольги и пластиковых мешков для хранения </li><li> Криостат (Microm, Гейдельберг, Германия) </li><li> Индия-олова (ITO) покрытием слайды MALDI (Bruker Daltonics, Германия) </li><li> оптимальная температура среды резки (ОКТ) (Сакура Finetek Европа, Нидерланды) </li><li> вакуум эксикаторе </li></ol> 1,2 Матрица применение <ol><li> Ацетонитрил (АКС), метанол (метанол), этиловый спирт (этанол), про-анализ степени (Merck, Германия). </li><li> Трифторуксусной кислоты (ТФК) (Sigma Aldrich, Сент-Луис, штат Миссури). </li><li> Вода очищается Milli-Q система очистки (Millipore, Bedford, MA). </li><li> CHIP-1000 (Shimadzu, Япония) или портрет 630 наблюдателя (LabCyte, Саннивейл, Калифорния) </li></ol> 1,3 Масс-спектрометрия <ol><li> Улtraflex II (Bruker Daltonics) </li><li> FlexImaging программное обеспечение (v 2.0, Bruker Daltonics) </li><li> Пептид или белок калибровочный стандарт (Bruker Daltonics) </li></ol> 1,4 обработки данных <ol><li> Происхождение v.8.1 (OriginLab Corp, Norhampton, MA) </li><li> Matlab версии 7.9.0.529 (MathWorks, Натик, штат Массачусетс) </li><li> pBin ( <a href="http://www.vicc.org/biostatistics/software.php" target="_blank">http://www.vicc.org/biostatistics/software.php</a> ) </li></ol> 1,5 Нейропептид идентификации <ol><li> Ультразвуковое sonicator </li><li> 10 кДа молекулярная масса отсечки фильтра (Millipore, Bedford, MA) </li><li> SP Сефадекс C 25 гель (Sigma, Германия) </li><li> Hypersil колонке (ThermoFisher) </li><li> Пиридин, муравьиная кислота (FA), ацетонитрил (АКС), метанол (метанол), этиловый спирт (этанол), про-анализ степени (Merck, Германия). </li><li> Трифторуксусной кислоты (ТФК) Sigma Aldrich (St. Louis, Миссури, США). </li><li> Agilent 1100 nanoflow LC, microWPS, C18 колонке (0.075x150mm) </li><li> Agilent 1100 Micro-fractioncollector, Prespotted целевой AnchorChip пластины (Bruker Daltonics) </li><li> BioTools программное обеспечение (V 3.1 SR2, Bruker Daltonics) </li><li> Биография Работы программного обеспечения (v.3.3, Thermo Fisher; <a href="http://www.thermoscientific.com" target="_blank">www.thermoscientific.com</a> ) </li><li> Талисман программного обеспечения (V 2.2, MatrixScience; <a href="http://www.matrixscience.com" target="_blank">www.matrixscience.com</a> ) </li><li> Swepep базы данных ( <a href="http://www.swepep.org" target="_blank">www.swepep.org</a> ) </li></ol>

maldi imaging mass spectrometry of neuropeptides in parkinson's disease

MALDI imaging mass spectrometry (IMS) is a powerful approach that facilitates the spatial analysis of molecular species in biological tissue samples2 (Fig.1). A 12 &mu;m thin tissue section is covered with a MALDI matrix, which facilitates desorption and ionization of intact peptides and proteins that can be detected with a mass analyzer, typically using a MALDI TOF/TOF mass spectrometer. Generally hundreds of peaks can be assessed in a single rat brain tissue section. In contrast to commonly used imaging techniques, this approach does not require prior knowledge of the molecules of interest and allows for unsupervised and comprehensive analysis of multiple molecular species while maintaining high molecular specificity and sensitivity2. Here we describe a MALDI IMS based approach for elucidating region-specific distribution profiles of neuropeptides in the rat brain of an animal model Parkinson's disease (PD). 
PD is a common neurodegenerative disease with a prevalence of 1% for people over 65 of age3,4. The most common symptomatic treatment is based on dopamine replacement using L-DOPA5. However this is accompanied by severe side effects including involuntary abnormal movements, termed L-DOPA-induced dyskinesias (LID)1,3,6. One of the most prominent molecular change in LID is an upregulation of the opioid precursor prodynorphin mRNA7. The dynorphin peptides modulate neurotransmission in brain areas that are essentially involved in movement control7,8. However, to date the exact opioid peptides that originate from processing of the neuropeptide precursor have not been characterized. Therefore, we utilized MALDI IMS in an animal model of experimental Parkinson's disease and L-DOPA induced dyskinesia. 
MALDI imaging mass spectrometry proved to be particularly advantageous with respect to neuropeptide characterization, since commonly used antibody based approaches targets known peptide sequences and previously observed post-translational modifications. By contrast MALDI IMS can unravel novel peptide processing products and thus reveal new molecular mechanisms of neuropeptide modulation of neuronal transmission. While the absolute amount of neuropeptides cannot be determined by MALDI IMS, the relative abundance of peptide ions can be delineated from the mass spectra, giving insights about changing levels in health and disease. In the examples presented here, the peak intensities of dynorphin B, alpha-neoendorphin and substance P were found to be significantly increased in the dorsolateral, but not the dorsomedial, striatum of animals with severe dyskinesia involving facial, trunk and orolingual muscles (Fig. 5). Furthermore, MALDI IMS revealed a correlation between dyskinesia severity and levels of des-tyrosine alpha-neoendorphin, representing a previously unknown mechanism of functional inactivation of dynorphins in the striatum as the removal of N-terminal tyrosine reduces the dynorphin's opioid-receptor binding capacity9. This is the first study on neuropeptide characterization in LID using MALDI IMS and the results highlight the potential of the technique for application in all fields of biomedical research.

Watch this Scientific Journal Video about MALDI Imaging Mass Spectrometry of Neuropeptides in Parkinson's Disease at JoVE.com

MALDI Imaging Mass Spectrometry of Neuropeptides in Parkinson's Disease

Допамин фармакотерапии замена с использованием L-ДОФА является наиболее часто используемым симптоматического лечения болезни Паркинсона, но сопровождается побочными эффектами, включая непроизвольные аномальные движения, называемые дискинезии<sup&gt; 1</sup&gt;. Здесь протокол для визуализации MALDI масс-спектрометрии представлены, который обнаруживает изменения в головном мозге крыс нейропептида уровня, связанных с дискинезии.

MALDI масс-спектрометрии изображений нейропептидов при болезни Паркинсона

MALDI imaging mass spectrometry (IMS) is a powerful approach that facilitates the spatial analysis of molecular species in biological tissue samples2 ...

Research

JoVE Journal

Medicine

Development of a Unilaterally-lesioned 6-OHDA Mouse Model of Parkinson's Disease

Развитие одностороннем порядке, пораженном 6-OHDA мышиной модели болезни Паркинсона

The unilaterally lesioned 6-hyroxydopamine (6-OHDA)-lesioned rat model of Parkinson's disease (PD) has proved to be invaluable in advancing our ...

Skin Punch Biopsy Explant Culture for Derivation of Primary Human Fibroblasts

Кожа биопсии эксплантата культуры для отвлечения Первичные человеческие фибробласты

Tissues and cell lines derived from an individual with disease are ideal sources to study disease-related cellular phenotypes. Patient-derived fibroblasts ...

The Use of Primary Human Fibroblasts for Monitoring Mitochondrial Phenotypes in the Field of Parkinson's Disease

Использование первичных фибробластов человека для мониторинга митохондриальной фенотипы в области болезни Паркинсона

Parkinson's disease (PD) is the second most  common movement disorder and affects 1% of people over the age of 60 1. Because ageing is  the most important ...

Gene-environment Interaction Models to Unmask Susceptibility Mechanisms in Parkinson's Disease

Генно-экологические модели взаимодействия для разоблачения механизмов восприимчивости при болезни Паркинсона

Lipoxygenase (LOX) activity has been implicated in neurodegenerative disorders such as Alzheimer&#39;s disease, but its effects in Parkinson&#39;s disease ...

Controlling Parkinson's Disease With Adaptive Deep Brain Stimulation

Управление болезни Паркинсона с адаптивной Глубокая стимуляция мозга

Adaptive deep brain stimulation (aDBS) has the potential to improve the treatment of Parkinson&#39;s disease by optimizing stimulation in real time ...

Quantitative Magnetic Resonance Imaging of Skeletal Muscle Disease

Количественный магнитно-резонансная томография скелетных мышечных заболеваний

Quantitative magnetic resonance imaging (qMRI) describes the development and use of MRI to quantify physical, chemical, and/or biological properties of ...

Quantitative Mass Spectrometric Profiling of Cancer-cell Proteomes Derived From Liquid and Solid Tumors

Количественный масс-спектрометрический Профилирование раковых клеток протеомов, полученные из жидких и твердых опухолей

In-depth analyses of cancer cell proteomes are needed to elucidate oncogenic pathomechanisms, as well as to identify potential drug targets and diagnostic ...

Development of an Alpha-synuclein Based Rat Model for Parkinson's Disease via Stereotactic Injection of a Recombinant Adeno-associated Viral Vector

Разработка альфа-синуклеина основе Rat модели для лечения болезни Паркинсона с помощью стереотаксической инъекции рекомбинантного аденосателлитные вирусного вектора

In order to study the molecular pathways of Parkinson&#39;s disease (PD) and to develop novel therapeutic strategies, scientific investigators rely on ...

Imaging Metals in Brain Tissue by Laser Ablation - Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry (LA-ICP-MS)

Imaging Metals in Brain Tissue by Laser Ablation - Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry LA-ICP-MS

Визуализации Металлы в ткани головного мозга методом лазерной абляции - индуктивно связанной плазмы - масс-спектрометрии (LA-ICP-MS)

Metals are found ubiquitously throughout an organism, with their biological role dictated by both their chemical reactivity and abundance within a ...

Whole-brain Segmentation and Change-point Analysis of Anatomical Brain MRI&#8212;Application in Premanifest Huntington's Disease

Whole-brain Segmentation and Change-point Analysis of Anatomical Brain MRIÃƒÆ’Ã‚Â¢ÃƒÂ¢Ã¢â‚¬Å¡Ã‚Â¬ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã‚ÂApplication in Premanifest Huntington's Disease

Целом мозг сегментации и изменения Пойнт анализ анатомических мозга МРТ — применение в Premanifest болезни Гентингтона

Recent advances in MRI offer a variety of useful markers to identify neurodegenerative diseases. In Huntington&#39;s disease (HD), regional brain atrophy ...