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通过同位素标记的二甲基亮氨酸和高分辨率离子淌度质谱对氨基磷脂进行位置分辨定量分析。

-Position-Resolved Quantification of Aminophospholipids by Isotopic ,-Dimethyl Leucine Labeling and High-Resolution Ion Mobility Mass Spectrometry.

作者信息

Xu Shuling, Zhu Zhijun, Gu Ting-Jia, Wang Zicong, Delafield Daniel G, Rigby Michael J, Lu Gaoyuan, Ma Min, Liu Peng-Kai, Puglielli Luigi, Li Lingjun

机构信息

School of Pharmacy, University of Wisconsin-Madison, Madison, Wisconsin 53705, United States.

Department of Chemistry, University of Wisconsin-Madison, Madison, Wisconsin 53706, United States.

出版信息

Anal Chem. 2024 Dec 17;96(50):20098-20106. doi: 10.1021/acs.analchem.4c05107. Epub 2024 Dec 4.

Abstract

Aminophospholipids (APLs), composed of phosphatidylethanolamines (PEs) and phosphatidylserines (PSs), are vital components of mammalian cell membranes and lipoproteins, participating in both homeostasis and cellular signaling. Their structural changes, including the permutation of fatty acid connectivity (-positions), due to dysfunctional metabolic processes have been linked to many diseases. However, the accurate quantification of APLs with unambiguous fatty acyl assignment through routine label-free LC-MS/MS lipidomic analysis remains a major challenge. In this study, we explore the functionalization of the free primary amine groups of APLs using amine-reactive isotopic ,-dimethyl leucine (iDiLeu) and employ high-resolution ion mobility MS (IM-MS) to develop a novel method for sensitive discernment and accurate quantification of APL -isomers. With high-resolution demultiplexing (HRdm) providing IM resolving power >200, labeled -isomeric pairs of APLs (ΔCCS ≈ 1%) demonstrate excellent, near baseline separation. In addition to greatly enhanced sensitivity, 5-plex iDiLeu labeling enables the construction of an internal 4-point calibration curve and therefore absolute quantification of APL -isomers in a single run. This strategy enabled precise annotation and quantification of 239 APLs including 60 pairs of -isomers in the mouse cortex. Additionally, we were able to find ratio changes in multiple APL -isomer pairs between wild type and APP/PS1 Alzheimer's disease (AD) model mice at different ages, indicating their strong correlation to AD progression. This strategy could provide universal utility in unraveling the alteration of APL -isomers, which have long been considered as the "dark matter" of traditional lipidomic analyses, leading to more precise elucidation of molecular mechanisms of various diseases.

摘要

氨基磷脂(APL)由磷脂酰乙醇胺(PE)和磷脂酰丝氨酸(PS)组成,是哺乳动物细胞膜和脂蛋白的重要组成部分,参与体内稳态和细胞信号传导。由于代谢过程功能失调导致的其结构变化,包括脂肪酸连接性(-位)的排列,已与许多疾病相关联。然而,通过常规的无标记液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)脂质组学分析对具有明确脂肪酸酰基分配的APL进行准确定量仍然是一项重大挑战。在本研究中,我们探索了使用胺反应性同位素α,α-二甲基亮氨酸(iDiLeu)对APL的游离伯胺基团进行功能化,并采用高分辨率离子淌度质谱(IM-MS)开发了一种用于灵敏辨别和准确定量APL异构体的新方法。通过提供大于200的IM分辨率的高分辨率解复用(HRdm),标记的APL异构体对(ΔCCS≈1%)显示出出色的、接近基线的分离效果。除了大大提高灵敏度外,5重iDiLeu标记能够构建内部4点校准曲线,从而在一次运行中对APL异构体进行绝对定量。该策略能够对小鼠皮质中的239种APL进行精确注释和定量,包括60对异构体。此外,我们能够发现不同年龄的野生型和APP/PS1阿尔茨海默病(AD)模型小鼠之间多个APL异构体对的比例变化,表明它们与AD进展密切相关。该策略在揭示长期以来被视为传统脂质组学分析“暗物质”的APL异构体变化方面具有普遍实用性,从而能够更精确地阐明各种疾病的分子机制。

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