Cyclic Ion Mobility Resolves Biologically Relevant, Isomeric Endogenous Metabolites

Význam tématu

Metabolomika se zaměřuje na detekci a identifikaci malých molekul, které se v organismu vyskytují v různých izomerických formách. Tyto izomery často souvisejí s odlišnými biologickými drahami a zdravotními stavy. Precizní rozlišení isomerů je proto klíčové pro pochopení metabolických procesů, diagnostiku onemocnění a vývoj terapeutických strategií.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem této studie bylo demonstrovat schopnost hmotnostního spektrometru SELECT SERIES Cyclic IMS (cIMS) oddělit izomerní endogenní metabolity pomocí víceprůchodových experimentů. Autoři se soustředili na dva páry biologicky relevantních isomerů: 1- a 3-metylhistidin a k chenodeoxycholové (CDCA) a hyodeoxycholové (HDCA) kyselině.

Použitá metodika a instrumentace

Pro přímou infuzi standardních směsí a jednotlivých standardů byl použit SELECT SERIES Cyclic IMS mass spektrometr s cyklickou iontovou mobilitou. Ionty byly generovány v negativním režimu ESI a detekovány TOF analyzátorem s V optikou. K separaci v IMS buňce byly nastaveny multiple-pass režimy (5 průchodů pro metylhistidiny a 20 průchodů pro žlučové kyseliny). Infuze probíhala rychlostí 10 µL/min bez kolizního energie v MS/MS módu.

Hlavní výsledky a diskuse

• 1- a 3-metylhistidin dosáhly základní rozlišení po 5 průchodech (<50 ms) při IMS rozlišení 145.
• Chenodeoxycholová a hyodeoxycholová kyselina se plně oddělily po 20 průchodech (<200 ms) při IMS rozlišení 290.
• Identifikace izomerů byla potvrzena injektáží jednotlivých standardů a porovnáním dob příletu.

Tyto výsledky ukazují, že multiptvízové cyklické IMS experimenty výrazně zvyšují selektivitu a spolehlivost separace strukturně podobných metabolitů.

Přínosy a praktické využití metody

• Zvýšená selektivita při analýze isomerů bez nutnosti nových chromatografických metod.
• Rychlá separace v řádu stovek milisekund vhodná pro vysokopropustné metabolomické studie.
• Přesnější identifikace a čistší MS/MS spektra podporující kvalitativní i kvantitativní analýzy.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření aplikací cyklické IMS do dalších oblastí, jako je lipidomika a proteomika. Další vývoj by mohl zahrnovat kombinaci s hybridními technikami, strojovým učením pro predikci CCS hodnot a integraci do komplexních workflow pro klinickou diagnostiku.

Závěr

Cyclic IMS nabízí výrazné zlepšení rozlišení biologicky relevantních izomerů malých molekul. V tomto případě bylo prokázáno spolehlivé oddělení metylhistidinů a žlučových kyselin v krátkých experimentech. Metoda tak představuje efektivní nástroj pro metabolomické analýzy s vysokou selektivitou a rychlostí.

Reference

1. Yamada T, Uchikata T, Sakamoto S, et al. Supercritical Fluid Chromatography/Orbitrap Mass Spectrometry based Lipidomics Platform Coupled with Automated Lipid Identification Software for Accurate Lipid Profiling. J Chromatogr A. 2013;1301:237–42.
2. Sen A, Knappy C, Lewis MR, et al. Analysis of Polar Urinary Metabolites for Metabolic Phenotyping Using Supercritical Fluid Chromatography and Mass Spectrometry. J Chromatogr A. 2016;1449:141–55.
3. Giles K, Ujma J, Wildgoose J, et al. A Cyclic Ion Mobility-Mass Spectrometry System. Anal Chem. 2019;91(13):8564–73.
4. Fink K, Williams AD, Fink RM. 1-Methylhistidine Excretion by Vitamin E-deficient Rabbits. J Biol Chem. 1959;234(5):1182–5.
5. Chinkes DL. Methods for Measuring Tissue Protein Breakdown Rate In Vivo. Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2005;8:534–7.
6. Staels B, Fonseca VA. Bile acids and Metabolic Regulation: Mechanisms and Clinical Responses to Bile acid Sequestration. Diabetes Care. 2009;32 Suppl 2:S237–45.
7. Dawson PA, Karpen SJ. Intestinal Transport and Metabolism of Bile Acids. J Lipid Res. 2015;56(6):1085–99.
8. Matern H, Lappas N, SM. Isolation and Characterization of Hyodeoxycholic-acid: UDP-Glucuronosyltransferase from Human Liver. Eur J Biochem. 1991;200:393–400.