Focused electrospray (FES) deposition method is presented for matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) mass spectrometry. FES ion optics consists of two cylindrical focusing electrodes capped with a truncated conical electrode through which an electrospray emitter passes along the cylindrical axis. A spray of charged droplets is focused onto a sample well on a MALDI target plate under atmospheric pressure. The shape and size distributions of matrix crystals are visualized by scanning electron microscope and the mass spectra are obtained by time-of-flight mass spectrometry. Angiotensin II, bradykinin, and substance P are used as test samples, while $\alpha$-cyano-4-hydroxycinnamic acid and dihydroxybenzoic acid are employed as matrices. FES of a sample/matrix mixture produces fine crystal grains on a 1-3 mm spot and reproducibly yields the mass spectra with little shot-to-shot and spot-to-spot variations. Although FES greatly stabilizes the signals, the space charge due to matrix ions limits the detection sensitivity of peptides. To avoid the space charge problem, we adopted a dual FES/FES mode, which separately deposits matrix and sample by FES in sequence. The dual FES/FES mode reaches the detection sensitivity of 0.88 amol, enabling ultrasensitive of peptides by homogeneously depositing matrix and sample under atmospheric pressure.
Kim, Eunjin;Kim, Jisu;Choi, Inseong;Lee, Jeongwook;Yeo, Woon-Seok
BMB Reports
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제53권7호
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pp.349-356
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2020
Mass spectrometry (MS) is an ideal tool for analyzing multiple types of (bio)molecular information simultaneously in complex biological systems. In addition, MS provides structural information on targets, and can easily discriminate between true analytes and background. Therefore, imaging mass spectrometry (IMS) enables not only visualization of tissues to give positional information on targets but also allows for molecular analysis of targets by affording the molecular weights. Matrix-assisted laser desorption/ionization-time of flight (MALDI-TOF) MS is particularly effective and is generally used for IMS. However, the requirement for an organic matrix raises several limitations that get in the way of accurate and reliable images and hampers imaging of small molecules such as drugs and their metabolites. To overcome these problems, various organic matrix-free LDI IMS systems have been developed, mostly utilizing nanostructured surfaces and inorganic nanoparticles as an alternative to the organic matrix. This minireview highlights and focuses on the progress in organic matrix-free LDI IMS and briefly discusses the use of other IMS techniques such as desorption electrospray ionization, laser ablation electrospray ionization, and secondary ion mass spectrometry.
Structural analyses of oligosaccharide-malononitrile derivatives were conducted by matrix-assisted laser desorption/ionization post-source decay (MALDI-PSD) analysis in positive ion mode. The malononitrile derivatives of oligosaccharides, which were developed for highly sensitive detection of multi-component oligosaccharides by negative ion electrospray ionization mass spectrometry (ESI MS), were detected by positive-ion MALDI with the detection limit of 2 pmol level from the crude derivatization sample. The used matrix affected drastically the analytical results of oligosaccharide-malononitrile derivative by matrix-assisted laser desoprtion/ionization mass spectrometry (MALDI MS). The malononitrile derivatization of oligosaccharide also affect the patterns of MALDI-PSD spectra and give much more structural information than the free oligosaccharide.
Synthetic lipoidal peptides based on viral protein sequences have been prepared. These peptides contain an N-palmitoyl group at the N-terminal residue, which is a modified cysteine, containing a S-[2,3-bis(acyloxy)-(2-R,S)-propyl] moiety. When this residue (Pam3Cys) is at the N-terminus of a synthetic peptide, it acts as potent immunoadjuvant to enhance both IgM and IgG antibody responses to the attached peptide. Conventional analytical procedures (e.g., Edman degradation and amino acid analysis) are either not applicable due to the N-terminal modification, or do not provide confirmation of the intact structure. Chromatographic analysis is also hindered by the tendency of these lipoidal Pam3Cys peptides to form large aggregates, and in some cases to be permanently adsorbed on reversed phase columns. We have applied several mass spectrometric techniques, including fast atom bombardment (FAB), electrospray ionization (ESI) and matrix assisted laser desorption ionization (MALDI) to characterize the intact structures of a number of different Pam3Cys synthetic peptides. The MALDI-MS has been found to be the most sensitive for the analysis of the structure of Pam3Cys peptides.
New proteomic techniques have been pioneered extensively in recent years, enabling the high-throughput and systematic analyses of cellular proteins in combination with bioinformatic tools. Furthermore, the development of such novel proteomic techniques facilitates the elucidation of the functions of proteins under stress or disease conditions, resulting in the discovery of biomarkers for responses to environmental stimuli. The ultimate objective of proteomics is targeted toward the entire proteome of life, subcellular localization biochemical activities, and the regulation thereof. Comprehensive analysis strategies of proteomics can be classified into three categories: (i) protein separation via 2-dimensional gel electrophoresis (2-DE) or liquid chromatography (LC), (ii) protein identification via either Edman sequencing or mass spectrometry (MS), and (iii) proteome quantitation. Currently, MS-based proteomics techniques have shifted from qualitative proteome analysis via 2-DE or 2D-LC coupled with off-line matrix assisted laser desorption ionization (MALDI) and on-line electrospray ionization (ESI) MS, respectively, toward quantitative proteome analysis. In vitro quantitative proteomic techniques include differential gel electrophoresis with fluorescence dyes. protein-labeling tagging with isotope-coded affinity tags, and peptide-labeling tagging with isobaric tags for relative and absolute quantitation. In addition, stable isotope-labeled amino acids can be in vivo labeled into live culture cells via metabolic incorporation. MS-based proteomics techniques extend to the detection of the phosphopeptide mapping of biologically crucial proteins, which ale associated with post-translational modification. These complementary proteomic techniques contribute to our current understanding of the manner in which life responds to differing environment.
The aromatic hydrocarbons (AHs), which include benzene, polycyclic aromatic hydrocarbons, and dioxin, are important chemical and environmental contaminants in industry that usually cause various diseases. Over the years, numerous studies have described and evaluated the adverse health effects induced by AHs. Currently, "Omics" technologies, transcriptomics and proteomics, have been applied in AH toxicity studies. Proteomics has been used to identify molecular mechanisms and biomarkers associated with global chemical toxicity. It could enhance our ability to characterize chemical-induced toxicities and to identify noninvasive biomarkers. The proteomic approach (e.g. 2-dimensional electrophoresis [2-DE]), can be used to observe changes in protein expression during chemical exposure with high sensitivity and specificity. Matrix-assisted laser desorption/ionization-time of flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) and electrospray ionization-quadrupole (ESI-Q)-TOF MS/MS are recognized as the most important protein identification tools. This review describes proteomic technologies and their application in the proteomic analysis of AH toxicity.
Roy, Swapan Kumar;Kim, Seongnyeon;Yoon, Jung H.;Yoon, Yong-Kyu;Cho, Kun
Mass Spectrometry Letters
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제9권1호
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pp.1-16
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2018
Microfluidic technologies hold high promise and emerge as a potential molecular tool to facilitate the progress of fundamental and applied biomedical researches by enabling miniaturization and upgrading current biological research tools. In this review, we summarize the state of the art of existing microfluidic technologies and its' application for characterizing biophysical properties of individual cells. Microfluidic devices offer significant advantages and ability to handle in integrating sample processes, minimizing sample and reagent volumes, and increased analysis speed. Therefore, we first present the basic concepts and summarize several achievements in new coupling between microfluidic devices and mass spectrometers. Secondly, we discuss the recent applications of microfluidic chips in various biological research field including cellular and molecular level. Finally, we present the current challenge of microfluidic technologies and future perspective in this study field.
It is becoming more and more clear that each cell, even those of the same type, has a unique identity. This sophistication and the diversity of cell types in tissue are what are pushing the necessity for spatially distributed omics at the single-cell (SC) level. Single-cell chemical assessment, which also provides considerable insight into biological, clinical, pharmacodynamic, pathological, and toxicity studies, is crucial to the investigation of cellular omics (genomics, metabolomics, etc.). Mass spectrometry (MS) as a tool to image and profile single cells and subcellular organelles facilitates novel technical expertise for biochemical and biomedical research, such as assessing the intracellular distribution of drugs and the biochemical diversity of cellular populations. It has been illustrated that ambient mass spectrometry (AMS) is a valuable tool for the rapid, straightforward, and simple analysis of cellular and sub-cellular constituents and metabolites in their native state. This short review examines the advances in ambient mass spectrometry (AMS) and ambient mass spectrometry imaging (AMSI) on single-cell analysis that have been authored in recent years. The discussion also touches on typical single-cell AMS assessments and implementations.
Chemoresistance to cancer therapy is a major obstacle to the effective treatment of human cancers with cisplatin (DDP), but the mechanisms of cisplatin-resistance are not clear. In this study, we established a cisplatin-resistant human ovarian cancer cell line (COC1/DDP) and identified differentially expressed proteins related to cisplatin resistance. The proteomic expression profiles in COC1 before and after DDP treatment were examined using 2-dimensional electrophoresis technology. Differentially expressed proteins were identified using matrix-assisted laser desorption/ ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF-MS) and high performance liquid chromatography-electrospray tandem MS (NanoUPLC-ESI-MS/MS). 5 protein spots, for cytokeratin 9, keratin 1, deoxyuridine triphosphatase (dUTPase), aarF domain containing kinase 4 (ADCK 4) and cofilin1, were identified to be significantly changed in COC1/DDP compared with its parental cells. The expression of these five proteins was further validated by quantitative PCR and Western blotting, confirming the results of proteomic analysis. Further research on these proteins may help to identify novel resistant biomarkers or reveal the mechanism of cisplatin-resistance in human ovarian cancers.
Proteomic analyses of synaptic vesicle fraction from rat brain have been performed for the better understanding of vesicle regulation and signal transmission. Two different approaches were applied to identify proteins in synaptic vesicle fraction. First, the isolated synaptic vesicle proteins were treated with trypsin, and the resulting peptides were analyzed using a high-pressure capillary reversed phase liquid chromatography/tandem mass spectrometry (cRPLC/MS/MS). Alternatively, proteins were separated by two-dimensional gel electrophoresis (2DE) and identified by matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry (MALDI-TOF/MS). Total 18 and 52 proteins were identified from cRPLC/MS-MS and 2DE-MALDI-TOF-MS analysis, respectively. Among them only 2 proteins were identified by both methods. Of the proteins identified, 70% were soluble proteins and 30% were membrane proteins. They were categorized by their functions in vesicle trafficking and biogenesis, energy metabolism, signal transduction, transport and unknown functions. Among them, 27 proteins were not previously reported as synaptic proteins. The cellular functions of unknown proteins were estimated from the analysis of domain structure, expression profile and predicted interaction partners.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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