KR20190035048A - Qualitative and quantitative analysis method of in vivo lipid using isotope substitution and methylation method - Google Patents

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문명희
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Abstract

The present invention provides a qualitative and quantitative analysis method of lipid in a body which comprises: an extraction step of extracting lipid in a body; an alkylation step of introducing an isotope-substituted alkyl group to the extracted lipid; and an analysis step of analyzing the alkylated lipid using a liquid chromatography-electrospray ionization-mass spectrometer system.

Description

동위원소치환-메틸레이션 방법을 이용한 생체 내 지질 정성정량분석방법{Qualitative and quantitative analysis method of in vivo lipid using isotope substitution and methylation method}TECHNICAL FIELD The present invention relates to an in vivo lipid-based isotope substitution and methylation method,

본 발명은 생체 내 지질의 정성 및 정량 분석방법에 관한 것으로, 특히 동위원소 치환 및 메틸레이션 방법을 이용하여 생체 내 지질을 정성 및 정량 분석하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a qualitative and quantitative analysis method of lipids in vivo, and more particularly, to a method of qualitative and quantitative analysis of lipids in vivo using isotope substitution and methylation methods.

지질은 종래에는 생체막을 이루는 구성성분이나 에너지 저장의 역할을 한다고 알려져 있었지만, 이외에도 세포간에 다양한 신호전달뿐만 아니라 최근에는 질병과 관련된 바이오마커의 역할로도 보고되고 있기 때문에 많은 관심을 모으고 있다. 이러한 지질을 분석하는 학문을 뜻하는 지질체학(lipidomics)이라는 용어가 등장할 정도로 관련 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.Lipids have traditionally been known to play a role in biomembrane constituents and energy storage. However, lipid has attracted much attention because it has been reported as a biomarker related to diseases in recent years as well as various signal transduction among cells. The research on lipidomics, which means the study of analyzing these lipids, is actively being conducted.

일례로 제2형 당뇨에 걸렸을 경우에는 인슐린저항이 존재하는데, 그 원인으로서 비지방조직에 과량의 지질이 축적되어 발생하는 지질독성(lipotoxicity)이 지목되고 있기 때문에, 당뇨환자에서 지질 분석 연구가 수행되고 있다. 많은 연구를 통해 다이아실글리세롤 및 트리아실글리세롤 등의 글리세롤 지질이 당뇨 환자에 있어서 큰 변화를 보이는 것으로 밝혀지고 있지만, 세포사멸 및 미토콘드리아 기능 등에 관련 있다고 알려져 있는 PA(phosphatidic acid) 및 카디오리핀(cardiolipin)을 포함한 인지질을 미량으로 존재하는 종까지 분석하는 것은 여전히 과제로 남아있다.For example, in the case of type 2 diabetes, there is insulin resistance. As a cause thereof, excessive lipid accumulation occurs in non-adipose tissue, and lipotoxicity which is generated is pointed out. Therefore, . Many studies have shown that glycerol lipids such as diacylglycerol and triacylglycerol show a great change in diabetic patients, but phosphatidic acid (PA) and cardiolipin, which are known to be involved in cell death and mitochondrial function, To analyze the presence of trace amounts of phospholipids, including phospholipids, remains a challenge.

본 발명의 목적은 생체시료 내에 미량으로 존재하고 있는 인지질 및 카디오리핀을 효과적으로 정성 및 정량 분석할 수 있는 분석방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an analytical method capable of qualitatively and quantitatively analyzing a phospholipid and a cardiolipin present in a trace amount in a biological sample.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위해, 생체 내 지질을 추출하는 추출 단계; 추출된 지질에 동위원소가 치환된 알킬기를 도입하는 알킬레이션 단계; 및 액체크로마토그래피-전기분무이온화-질량분석기 시스템을 이용하여 알킬화된 지질을 분석하는 단계를 포함하는 생체 내 지질 분석방법을 제공한다.In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides an extracting step of extracting lipids in vivo; An alkylation step of introducing an iso-substituted alkyl group into the extracted lipid; And analyzing the alkylated lipids using a liquid chromatography-electrospray ionization-mass spectrometer system.

본 발명에서 동위원소는 중수소일 수 있다.In the present invention, the isotope may be deuterium.

본 발명에서 알킬레이션은 메틸레이션일 수 있다.In the present invention, the alkylation may be methylation.

본 발명에서 지질은 인지질일 수 있다.In the present invention, the lipid may be a phospholipid.

본 발명에서 지질의 인산기에 메틸레이션이 이루어질 수 있다.In the present invention, the methylation of the phosphate group of the lipid can be achieved.

본 발명의 추출 단계 및 알킬레이션 단계에서 MeOD, DCl 및 D2O 중 하나 이상을 사용할 수 있다.In the extraction step and alkylation step of the present invention may use one or more of MeOD, DCl and D 2 O.

본 발명의 분석 단계에서 이온화 매개체를 포함하는 이동상을 이용할 수 있다.In the analysis step of the present invention, a mobile phase containing an ionization mediator may be used.

본 발명에서 이온화 매개체는 포름산 암모늄, 수산화 암모늄, 아세트산 암모늄 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.In the present invention, the ionization medium may be at least one selected from ammonium formate, ammonium hydroxide, and ammonium acetate.

본 발명에서 액체크로마토그래피-전기분무이온화-질량분석기 시스템은 펌프; 분석칼럼; 밸브; 금속 와이어; 상기 펌프, 분석칼럼, 밸브 및 금속 와이어와 각각 연결된 마이크로크로스; 및 밸브에 연결된 압력 모세관을 포함할 수 있다.In the present invention, the liquid chromatography-electrospray ionization-mass spectrometer system comprises a pump; Analytical column; valve; Metal wire; A microcross connected to the pump, the analysis column, the valve and the metal wire, respectively; And a pressure capillary connected to the valve.

본 발명의 분석 단계에서 지질의 용리 시에 압력 모세관을 조절하여 이동상이 분석칼럼과 질량분석기 방향으로 300 내지 500 nL/min의 속도로 흘러가게 할 수 있다.In the analysis step of the present invention, the pressure capillary can be adjusted during the elution of the lipids, allowing the mobile phase to flow in the direction of the analytical column and the mass spectrometer at a rate of 300 to 500 nL / min.

본 발명은 동위원소치환-메틸기 도입 방법과 액체크로마토그래피-전기분무이온화-질량분석기를 이용한 인지질 정성정량분석 방법을 개발함으로써, 생체시료 내에 미량으로 존재하고 있는 인지질 및 카디오리핀을 효과적으로 정성 및 정량 분석할 수 있다.The present invention develops a phospholipid quantitative analysis method using an isotope substitution-methyl group introduction method and a liquid chromatography-electrospray ionization-mass spectrometer, thereby effectively qualitatively and quantitatively analyzing phospholipid and cardiolipin present in a biological sample in a trace amount can do.

도 1은 동위원소치환-메틸레이션을 도시한 것으로서, 1)에는 메틸레이션 전/후 인지질의 구조를 나타낸 것이고, 2)에는 TMSD(trimethylsilyldiazomethane)를 이용한 일련의 메틸레이션 과정을 자세히 나타낸 것이다.
도 2는 액체크로마토그래피-전기분무이온화-질량분석기 시스템을 도시한 것이다.
도 3은 메틸레이션한 경우와 하지 않은 경우 18종의 인지질 표준물질을 검출한 크로마토그램으로서, 1)은 메틸레이션 하지 않은 경우이고, 2)는 메틸레이션한 경우이다.
도 4는 수소치환-메틸레이션과 중수소치환-메틸레이션한 인지질의 상대 비율을 나타낸 것이다.
도 5는 DU145 세포주에서 메틸레이션된 카디오리핀의 정성분석 과정을 나타낸 것이다.
도 6은 이온화 효율에 미치는 이동상의 이온화 매개체의 영향을 나타낸 것이다.
도 7은 nUPLC-ESI-MSn 분석에 의해 얻은 H- 및 D-메틸화된 PL 분자의 스펙트럼을 나타낸 것이다.
1 shows isotopic substitution-methylation, 1) shows the structure of phospholipids before and after methylation, and 2) shows a series of methylation processes using TMSD (trimethylsilyldiazomethane).
Figure 2 shows a liquid chromatography-electrospray ionization-mass spectrometer system.
FIG. 3 is a chromatogram showing 18 kinds of phospholipid standard substances in the case of methylation and in case of methylation, in which 1) is not methylation and 2) is methylation.
Figure 4 shows the relative ratios of hydrogen substitution-methylation and deuterated-substituted methylated phospholipids.
Figure 5 shows the qualitative analysis of methylated cardiolipin in the DU145 cell line.
6 shows the influence of the ionization medium on the moving image on the ionization efficiency.
Figure 7 shows the spectra of H- and D-methylated PL molecules obtained by nUPLC-ESI-MS n analysis.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 지질 분석방법은 생체 내 지질을 추출하는 추출 단계; 추출된 지질에 동위원소가 치환된 알킬기를 도입하는 알킬레이션 단계; 및 액체크로마토그래피-전기분무이온화-질량분석기 시스템을 이용하여 알킬화된 지질을 분석하는 분석 단계를 포함할 수 있다.The lipid analysis method according to the present invention comprises: an extraction step of extracting lipids in vivo; An alkylation step of introducing an iso-substituted alkyl group into the extracted lipid; And an analytical step of analyzing the alkylated lipids using a liquid chromatography-electrospray ionization-mass spectrometry system.

추출 단계에서는 메탄올(MeOH), MTBE(Methyl Tertiary Butyl Ether), HCl 등을 이용하여 생체 내 지질을 추출할 수 있으며, 이때 바람직하게는 MeOD, DCl 및 D2O 중 하나 이상, 더욱 바람직하게는 모두를 사용할 수 있다. 생체는 인간과 동물을 포함한 모든 생물의 세포와 조직 등일 수 있다. 지질은 바람직하게는 인지질(phospholipid)일 수 있다.Extraction step, methanol (MeOH), MTBE (Methyl Tertiary Butyl Ether), can extract the lipid in vivo using HCl or the like, wherein preferably at least one of MeOD, DCl and D 2 O, more preferably both Can be used. The living body can be the cells and tissues of all living things including humans and animals. The lipid may preferably be a phospholipid.

알킬레이션(alkylation) 단계에서는 추출된 지질에 동위원소가 치환된(isotope-labeled) 알킬기를 도입한다. 동위원소는 바람직하게는 중수소(D)일 수 있다. 알킬레이션은 바람직하게는 메틸레이션(methylation)일 수 있다. 특히, 지질의 인산기에 메틸레이션이 이루어질 수 있다. 알킬레이션 단계에서는 메탄올과 (트리메틸실릴)디아조메탄(TMSD) 등을 사용할 수 있으며, 이때 바람직하게는 MeOD 및 D2O 중 하나 이상을 사용할 수 있다.In the alkylation step, an isotope-labeled alkyl group is introduced into the extracted lipid. The isotope may preferably be deuterium (D). The alkylation may preferably be methylation. In particular, the methylation of the phosphate group of the lipid can be achieved. In the alkylation step, methanol and (trimethylsilyl) diazomethane (TMSD) may be used, and at least one of MeOD and D 2 O may be used.

분석 단계에서는 액체크로마토그래피(LC)-전기분무이온화(ESI)-질량분석기(MS) 시스템을 이용하여 알킬화된 지질을 분석한다. LC는 초고성능 LC(UPLC)일 수 있다. LC는 2가지 이상의 이동상(예를 들어, 친수성 이동상 및 소수성 이동상)을 이용할 수 있고, 이때 이동상의 농도 구배를 이용할 수 있다. 이온화 효율 등을 개선할 목적으로, 이동상에는 이온화 매개체(ionization modifier)를 첨가할 수 있다. 이온화 매개체로는 포름산 암모늄, 수산화 암모늄, 아세트산 암모늄 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.In the analysis phase, alkylated lipids are analyzed using a liquid chromatography (LC) - electrospray ionization (ESI) - mass spectrometer (MS) system. The LC may be an ultra high performance LC (UPLC). The LC may utilize two or more mobile phases (e. G., Hydrophilic and hydrophobic mobile phases), wherein a concentration gradient of the mobile phase may be used. For the purpose of improving the ionization efficiency and the like, an ionization modifier may be added to the mobile phase. As the ionization medium, at least one selected from ammonium formate, ammonium hydroxide, and ammonium acetate can be used.

LC-ESI-MS 시스템은 오토샘플러를 구비한 LC 펌프; 지질 분리를 위한 분석칼럼; 흐름 제어를 위한 밸브; 전기분무이온화를 위한 금속 와이어; 상기 펌프, 분석칼럼, 밸브 및 금속 와이어와 각각 연결된 마이크로크로스(microcross); 및 밸브에 연결된 압력 모세관(pressure capillary)을 포함할 수 있다. 이온화 효율 등을 개선할 목적으로, 지질의 용리 시에 압력 모세관을 조절하여 이동상이 분석칼럼과 질량분석기 방향으로 300 내지 500 nL/min의 속도로 흘러가게 할 수 있다. 분석 단계에서 지질의 이온화 효율은 92% 이상, 바람직하게는 96%일 수 있다.The LC-ESI-MS system includes an LC pump with an autosampler; An analytical column for lipid separation; Valves for flow control; Metal wire for electrospray ionization; A microcross connected to the pump, the analysis column, the valve and the metal wire, respectively; And a pressure capillary connected to the valve. For the purpose of improving the ionization efficiency and the like, the pressure capillary can be controlled during the elution of the lipids, and the mobile phase can be flowed at a rate of 300 to 500 nL / min toward the analyzing column and the mass spectrometer. The ionization efficiency of the lipids in the analysis step may be at least 92%, preferably 96%.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1-1은 본 발명의 분석 대상인 인지질의 구조를 나타낸 것이다. 인지질은 글리세롤(glycerol) 기본 골격에 꼬리부분을 이루고 있는 두 개의 아실체인(acyl chain)과 인산기(phosphate group)로 치환되어 있고, 인산기에 붙어있는 머리부분(head group, X)으로 이루어져 있으며, 인산기에 있는 산소에 음전하를 띠는 것을 알 수 있다. TMSD와 중수소 치환된 시약을 사용하여 메틸레이션한 후에는, 인산기에 있는 산소에 중수소 치환된-메틸기(CHD2)가 도입될 수 있다. 일반 수소 치환된-메틸레이션의 경우 CH3가 도입된다.Fig. 1-1 shows a structure of a phospholipid to be analyzed according to the present invention. The phospholipid is composed of two acyl chains and a phosphate group that are tailed to the glycerol basic skeleton and a head group (X) attached to the phosphate group. Which is a negative charge in oxygen. After methylation with TMSD and a deuterium-substituted reagent, a deuterated-methyl group (CHD 2 ) can be introduced into the oxygen in the phosphate group. CH 3 is introduced for general hydrogen-substituted methylation.

도 1-2에 설명되어있는 메틸레이션 과정은 크게 2단계로 구성되는데, 먼저 지질을 추출하고, 그 다음에 TMSD로 반응시켜서 메틸레이션하는 순서로 이루어져 있다. 메탄올(MeOH)과 MTBE로 이루어져 있는 유기용매와 수용액상인 HCl 용액으로 생체시료에 있는 지질을 추출할 수 있다. 추출된 지질에 메탄올과 TMSD를 넣어서 반응시켜준 후, 과량으로 남아있는 TMSD를 제거해내면 최종적으로 메틸레이션된 지질을 얻을 수 있다. 이때 중수소 치환된-메틸기를 얻기 위해서는, 사용된 MeOH, HCl 용액을 중수소 치환된 시약인 MeOD, DCl 용액을 이용하면 된다.The methylation process described in FIGS. 1-2 is composed of two steps. First, the lipids are extracted, and then the reaction is performed with TMSD to perform methylation. The lipid in the biological sample can be extracted with an organic solvent consisting of methanol (MeOH) and MTBE and an aqueous solution HCl solution. Methanol and TMSD are added to the extracted lipids and reacted. After removing excess TMSD, methylated lipids can be finally obtained. To obtain deuterated methyl groups, MeOH and HCl solutions, which are deuterium-substituted reagents, may be used.

도 2는 메틸레이션한 지질을 분석하는 액체크로마토그래피-전기분무이온화-질량분석기(LC-ESI-MS) 시스템 구조를 나타낸 것이다. 초고성능액체크로마토그래피(UPLC)는 예를 들어 이동상 용매 A(물 90±5%, 아세토나이트릴 10±5%, v/v)와 이동상 용매 B(메탄올 20±5%, 아세토나이트릴 20±5%, 이소프로판올 60±5%, v/v)를 이용할 수 있다. 마이크로크로스는 LC 펌프와 분석칼럼을 이어주며, 전기분무이온화를 위한 전극을 걸어 주기 위하여 플래티늄 와이어(Pt wire)가 연결되고, 유체의 흐름을 제어하기 위하여 밸브도 연결될 수 있다. 분석칼럼은 예를 들어 내경이 100±10 ㎛인 모세관에 1.7±0.5 ㎛ 크기의 C18 충진제를 7±3 cm 길이로 채워 제작할 수 있다.Figure 2 shows a liquid chromatography-electrospray ionization-mass spectrometer (LC-ESI-MS) system structure for analyzing methylated lipids. Ultra High Performance Liquid Chromatography (UPLC) can be carried out, for example, in mobile phase solvent A (90 ± 5% water, 10 ± 5% acetonitrile, v / v) and mobile phase solvent B (20 ± 5% methanol, 5%, isopropanol 60 ± 5%, v / v) can be used. The microcross connects the LC pump and the analytical column, a platinum wire is connected to connect the electrodes for electrospray ionization, and a valve can be connected to control the flow of the fluid. For example, the analytical column can be manufactured by filling a capillary having an inner diameter of 100 ± 10 μm with a C 18 filler having a size of 1.7 ± 0.5 μm at a length of 7 ± 3 cm.

추출된 지질은 자동시료주입기(autosampler)를 통해 칼럼에 주입 될 수 있다. 먼저, 도 2에서 실선으로 표시된 밸브 연결 상태에서 펌프로부터 나온 이동상 100% A가 모두 분석 칼럼으로만 이동하기 때문에 지질이 칼럼 앞부분에 분배될 수 있다. 그 후 밸브를 점선 상태로 바꿔주고 이동상 B의 %를 점차 늘려주어 흘려주면, 칼럼 입구에 분배되어 있던 지질들이 이동상 B에 의하여 용리되기 시작하며, 정지상(C18)과 상호작용하는 정도에 따라 순서대로 분리되어 질량분석기로 들어가게 된다. 이때 펌프에서 흘러나오는 용매는 수 ㎕/min 단위이지만, 압력 모세관(pressure capillary)을 조절하여 분석칼럼과 질량분석기 방향으로는 300~500 nL/min 정도가 흘러가도록 함으로써, 질량분석시 용매를 최소화하여 이온화 효율을 높여줄 수 있다.The extracted lipids can be injected into the column via an autosampler. First, in the valve connected state indicated by the solid line in FIG. 2, since the mobile phase 100% A from the pump moves all into the analysis column, the lipid can be distributed in the front part of the column. After that, the valve is changed to the dotted line state and the% of the mobile phase B is gradually increased, the lipids distributed to the column inlet are started to be eluted by the mobile phase B, and the order is changed according to the degree of interaction with the stationary phase (C 18 ) And then enters the mass spectrometer. In this case, the solvent flowing out from the pump is in a unit of μL / min, but the pressure capillary is controlled to flow 300-500 nL / min toward the analyzing column and the mass analyzer, thereby minimizing the solvent in the mass spectrometry Ionization efficiency can be improved.

도 3은 본 발명을 이용한 지질 표준물질을 검출한 결과이다. Dionex Ultimate 3000 RSLCnano system과 LTQ Velose를 장착하여 분석하였다. 메틸레이션 하지 않은 경우에는 음전하 모드에서 분석되기 때문에, 이를 위하여 수산화 암모늄 매개체(modifier)를 넣어준 후 분석하였다. 메틸레이션 한 경우에는 양이온 모드에서 분석되기 때문에, 포름산 암모늄 매개체를 넣어서 분석하였다. 먼저, 분석칼럼으로만 이동상 A가 이동하도록 밸브 위치를 조절한 후 0.7 ㎕/min으로 10분간 흘려주었다. 그 후 밸브 위치를 바꾸고, 7 ㎕/min 속도로 0.1분간 60% 이동상 B로, 다음 5분 동안 75% 이동상 B로, 그 다음 10분간 80%로 올렸다가 마지막으로 99% 이동상 B로 5분간 올려주어 분석하였다. 칼럼으로 들어가는 유체의 속도는 300 nL/min으로 유지하였다.FIG. 3 shows the results of detection of a lipid standard material using the present invention. Dionex Ultimate 3000 RSLCnano system and LTQ Velose. In the case of no methylation, it is analyzed in the negative charge mode. Therefore, ammonium hydroxide medium (modifier) was added and analyzed. In the case of methylation, since it is analyzed in cationic mode, it was analyzed by adding ammonium formate medium. First, the valve position was adjusted so that the mobile phase A was moved only by the analytical column, and then the solution was flowed at 0.7 / / min for 10 minutes. After that, the valve position was changed to 60% mobile phase B for 0.1 minute, 75% mobile phase B for the next 5 minutes, 80% for 10 minutes at the rate of 7 μl / min, and finally to the 99% mobile phase B for 5 minutes Respectively. The fluid flow into the column was maintained at 300 nL / min.

두 크로마토그램은 지질 표준물질을 각 1 pmol씩 주입하여 테스트하였으며, 표준물질의 종류를 각 피크(peak) 번호와 같이 나타내었다. 메틸레이션 했을 경우 머무름시간(체류시간)이 전체적으로 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 이는 인지질의 구조가 메틸레이션 되면서 더 비극성 성질이 강해져서 LC로 분리되는 중에 C18 입자와의 상호작용이 증가한 결과로 파악된다. 포스파티드산(PA)이나 카디오리핀(cardiolipin, CL)을 포함하여 전체적인 피크 세기가 증가한 것은 결국 이온화 효율이 증가한 것으로 생각할 수 있는데, 이는 비극성 성질이 증가한 PA나 카디오리핀이 전기분무이온화 과정 중에 액적-공기 계면(droplet-air interface)으로 이동하려는 성질이 강해져서 이온화 효율이 증가했다고 예상할 수 있다. 이를 통해 생체 내 미량으로 존재하는 생체 내 인지질을 더 효과적으로 검출할 수 있음을 예측 가능하다.The two chromatograms were tested by injecting 1 pmol of each lipid standard material, and the kinds of the reference materials were indicated by the respective peak numbers. It was confirmed that the retention time (retention time) increased when the methylation was performed. This indicates that the phospholipid structure was methylated, and the more nonpolar property became stronger, resulting in an increase in the interaction with the C 18 particle during separation into LC do. The increase in overall peak intensity, including phosphatidic acid (PA) and cardiolipin (CL), may ultimately be attributed to increased ionization efficiency because PA or cardiolipin with increased nonpolarity is found in the droplet- It is expected that the ionization efficiency is increased due to the property of moving to the droplet-air interface. It can be predicted that the in vivo phospholipid present in the living body can be detected more effectively.

도 4는 일반적인 수소치환-메틸레이션과 중수소치환-메틸레이션한 인지질을 비교한 것이다. Waters사의 nanoACQUITY UPLC system과 Thermo Scientific사의 TSQ Vantage를 장착하여 분석하였고, 매개체로서 포름산 암모늄을 넣어서 분석하였다. 먼저 분석칼럼으로만 이동상 A가 이동하도록 밸브 위치를 조절한 후 0.7 ㎕/min으로 10분간 흘려주었다. 그 후 밸브 위치를 바꾸고 14 ㎕/min 속도로 0.1분간 70% 이동상 B로, 다음 5분 동안 80% 이동상 B로, 마지막으로 100% 이동상 B로 10분간 올려주어 분석하였다. 칼럼으로 들어가는 유체의 속도는 300 nL/min으로 유지하였다. 도 4-1은 16:0/18:1-PS의 경우를 대표적으로 나타낸 것으로서, 수소치환-메틸레이션한 샘플과 중수소치환-메틸레이션한 샘플을 2:8, 4:6, 5:5, 6:4, 8:2의 비율로 섞어준 혼합 샘플을 각각 분석한 후에 나온 피크 면적 비를 y축에 나타낸 것이다. 좋은 직선성이 나오는 것을 통해, 일반 수소치환-메틸레이션과과 중수소치환-메틸레이션이 비슷한 정도로 인지질에 도입된다고 볼 수 있으며, 두 메틸레이션의 머무름시간이 동일한 것 또한 확인할 수 있다.Figure 4 compares the general hydrogen substitution-methylation with the deuterated-methylated phospholipid. The nanoACQUITY UPLC system from Waters and the TSQ Vantage from Thermo Scientific were analyzed and analyzed by adding ammonium formate as the medium. First, the valve position was adjusted so that the mobile phase A was moved only by the analytical column, and then the solution was flowed at 0.7 / / min for 10 minutes. After that, the valve position was changed and analyzed by applying 70% mobile phase B for 0.1 minute at a rate of 14 / / min, 80% mobile phase B for the next 5 minutes and finally for 10 minutes with 100% mobile phase B. The fluid flow into the column was maintained at 300 nL / min. 4-1 is a representative example of the case of 16: 0/18: 1-PS. The hydrogen substitution-methylated sample and the deuterium-substituted methylated sample are mixed at a ratio of 2: 8, 4: 6, 5: 5, 6: 4, and 8: 2, respectively, on the y-axis. Through the good linearity, it can be seen that the general hydrogen substitution - methylation and deuterium - substitution - methylation are introduced into the phospholipid to the same degree, and the retention time of the two methylation is the same.

도 4-2는 최종적으로 이 방법을 전립선암 세포주(cell line)인 DU145에 적용하기 위하여 매트릭스 효과를 테스트해본 것이다. 홀수 체인을 지니는 인지질 표준물질을 DU145에 첨가(spiking)하여 도 4-1과 같이 분석하였을 때, 여러 종류의 다양한 아실 체인을 지니는 인지질에 대하여 각 비율에서 예상되는 비율에 근접한 값이 나오는 것을 통해, 실제 생체 시료에서도 일반 수소치환-메틸레이션과 중수소치환-메틸레이션이 비슷한 정도로 도입된다는 것을 확인할 수 있었다.Figure 4-2 finally tests the matrix effect to apply this method to the prostate cancer cell line DU145. When the phospholipid standard material having an odd number chain is spiked to DU145 and analyzed as shown in FIG. 4-1, a value approximate to the expected ratio is obtained for phospholipids having various kinds of various acyl chains, It was confirmed that the normal hydrogen substitution-methylation and the deuterium substitution-methylation are introduced to the same extent in the actual biological sample.

TMSD를 이용한 메틸레이션 방법을 DU145 세포주에 적용한 후에, 액체크로마토그래피-전기분무이온화-질량분석기를 이용하여 정성분석을 진행하였다. 도 5는 72:5-카디오리핀을 예로 들어 나타낸 것으로서, 도 5-1에서 32.76분에 검출된 도 5-2의 질량분석 스펙트럼에서 m/z 값 1501.5를 지니는 72:5-카디오리핀을 예상할 수 있다. 카디오리핀에 있는 네 개의 아실체인은 충돌유도해리 스펙트럼(collision induced dissociation spectra, MSn spectra)을 이용해서 확인할 수 있다. 먼저 도 5-3에서 MS2 스펙트럼에서 나타난 m/z 값 601.5와 603.5를 통해 각각의 아실체인 쌍을 검출할 수 있고, 추가로 MS3 스펙트럼에서 세부적인 구조를 파악하여 72:5-카디오리핀이 (18:1,18:2),(18:1,18:1)-카디오리핀임을 확인할 수 있다.After the methylation method using TMSD was applied to the DU145 cell line, qualitative analysis was carried out using a liquid chromatography-electrospray ionization-mass spectrometer. FIG. 5 shows 72: 5-cardiolipin as an example, and 72: 5-cardiolipin having an m / z value of 1501.5 in the mass spectrometry spectrum of FIG. 5-2 detected at 32.76 minutes in FIG. 5-1 . Four acyl chains in the cardiolipin can be identified using collision induced dissociation spectra (MS n spectra). First, each of the acyl chain pairs can be detected through the m / z values 601.5 and 603.5 shown in the MS 2 spectrum in FIG. 5-3. In addition, the detailed structure in the MS 3 spectrum can be determined to obtain 72: 5-cardiolipin (18: 1, 18: 2) and (18: 1, 18: 1) - cardiolipin.

최종적으로 DU145 세포주에 있는 4종류의 인지질(PG, PS, PA, CL)을 정성분석한 결과를 표 1에 나타내었다. 메틸레이션을 하지 않았을 경우에는 79개를 검출하였지만, 메틸레이션을 했을 때 112개를 검출하였다. 특히 CL은 25개나 더 검출할 수 있었는데, 이는 다른 문헌에서 세포나 조직에서 일반적으로 메틸레이션하지 않고 검출한 개수보다 월등히 많은 것이다. 따라서 메틸레이션했을 때 미량으로 존재하는 카디오리핀까지 분석할 수 있다고 판단할 수 있다. 표 1은 DU145 세포에서 검출한 4종류의 인지질 개수이다.Finally, the qualitative analysis of the four phospholipids (PG, PS, PA, CL) in the DU145 cell line is shown in Table 1. When methylation was not detected, 79 were detected, but when methylation was detected, 112 were detected. In particular, CL could detect 25 more, which is far greater than the number detected in other literature, without methylation in the cell or tissue. Therefore, it can be concluded that cardiolipin present in a trace amount when analyzed by methylation can be analyzed. Table 1 shows the number of four phospholipids detected in DU145 cells.

ClassClass 메틸레이션Methylation XX OO PGPG 3434 3434 PSPS 1515 1515 PAPA 1212 2020 CLCL 1818 4343 TotalTotal 7979 112112

본 발명은 유기시약을 이용한 레이블링 방법에 기반을 두고 있으며, 생체 시료에 존재하는 수많은 인지질을 레이블링한 후에, 소수성 성질을 지닌 충진제를 채운 모세관으로 만든 칼럼이 장착된 액체크로마토그래피를 통해 분리한 후, 전기분무이온화-질량분석기를 통해 검출하는 방식으로 진행될 수 있다.The present invention is based on a labeling method using an organic reagent. After labeling a large number of phospholipids present in a biological sample, it is separated through liquid chromatography equipped with a column made of a capillary filled with a filler having a hydrophobic property, And can be carried out in such a manner as to be detected by an electrospray ionization-mass spectrometer.

유기시약은 TMSD를 사용할 수 있고, 이외에 인지질 추출 용매로서 메탄올(MeOH), MTBE, HCl, 물(H2O), 중수소 치환된 메탄올(MeOD), DCl, 중수소 치환된 물(D2O)이 필요할 수 있다. 액체크로마토그래피는 두 가지 이동상 용매를 사용할 수 있는데, 하나는 인지질이 칼럼의 정지상에 분배될 수 있는 친수성 액체이고, 다른 하나는 인지질을 칼럼에서 용리한 뒤 전기분무이온화-질량분석기까지 이동시켜 검출하기 위한 소수성 액체일 수 있다.TMSD can be used as an organic reagent and methanol (MeOH), MTBE, HCl, water (H 2 O), deuterated methanol (MeOD), DCl, deuterium substituted water (D 2 O) May be required. Liquid chromatography can use two mobile solvents: a hydrophilic liquid, in which the phospholipid can be dispensed onto the stationary phase of the column, and the other a phospholipid is eluted in the column and then moved to an electrospray ionization- Lt; / RTI >

이러한 정량분석법은 메틸화된 인지질의 이온화 효율 증가로 인한 감도 향상으로, 기존에는 분석하기 어려웠던 지질 종을 검출할 수 있는 장점을 지닌다. 특히, 카디오리핀에 있어서 미량으로 존재하는 종까지 검출할 수 있으며, 복잡한 구조를 지닌 4개의 아실 체인의 구조분석이 가능하다는 장점이 있다. 또한 전기분무이온화-질량분석 과정 중에 이온화 변동에 의한 재현성 문제를 줄일 수 있어서, 더 신뢰성 있는 정량분석이 가능하다는 장점을 가진다.This quantitative analysis method has an advantage of detecting lipid species which was difficult to analyze due to an increase in sensitivity due to an increase in ionization efficiency of methylated phospholipids. In particular, it has an advantage that it can detect species present in trace amounts in cardiolipin, and can analyze the structure of four acyl chains having a complicated structure. In addition, the reproducibility problem due to ionization fluctuation can be reduced during the electrospray ionization-mass spectrometric analysis, thereby enabling more reliable quantitative analysis.

기존 인지질 분석방법은 질량분석기로 지질분자가 주입되기 전에 전기분무이온화 단계에서 이온화 변동을 보정해주는 방식으로서 내부표준물질을 이용하였다. 내부표준물질은 생체 시료에 있는 지질분자와 성질은 비슷하지만 시료에는 없는 물질을 사용하는 것이 중요한 요소이기 때문에, 홀수 아실 체인을 지니는 합성된 지질분자를 내부표준물질로서 사용한다. 하지만 생체시료 내 수많은 지질분자를 보정해주기 위한 내부표준물질의 수는 한정되어 있다.The existing phospholipid analysis method used an internal reference material as a method for correcting the ionization fluctuation in the electrospray ionization step before lipid molecules were injected into the mass spectrometer. Since the internal reference material is similar in nature to the lipid molecules in biological samples, but it is important to use materials that are not present in the sample, synthetic lipid molecules with an odd acyl chain are used as internal standards. However, the number of internal reference materials for calibrating numerous lipid molecules in biological samples is limited.

기존의 내부표준물질을 이용한 지질분석 방법을 보완할 수 있도록, 본 발명에서는 동위원소치환-레이블링 방법을 이용하였고, 특히 인지질에 메틸기를 도입시키는 방법을 이용하였다. 또한, 본 발명에서는 액체크로마토그래피를 사용하였기 때문에, 생체 내에 있는 많은 수의 지질분자를 분석할 수 있다. 동위원소치환-레이블링 방법과 액체크로마토그래피를 결합하면, 생체 내 지질분석에 있어서 시너지효과를 낼 수 있다. 비교 분석하려는 두 샘플을 각각 분석하지 않고, 한번의 분석을 통해 수많은 지질 양을 비교할 수 있으며, 더 재현성 있는 결과를 얻을 수 있다.In order to supplement the lipid analysis method using the existing internal standard material, the isotope substitution-labeling method was used in the present invention, and a method of introducing a methyl group into the phospholipid was used. Further, since liquid chromatography is used in the present invention, it is possible to analyze a large number of lipid molecules in the living body. Combining isotope substitution-labeling with liquid chromatography can produce synergistic effects in in vivo lipid analysis. Without analyzing each of the two samples for comparative analysis, a single analysis can compare a large number of lipids and obtain more reproducible results.

특히 카디오리핀의 경우 레이블링 방법에 의해 분석한 사례는 전무하다고 할 수 있으며, 미토콘드리아 막을 이루고 있는 주요성분뿐만 아니라 질병-관련 바이오마커로서 역할을 할 수 있는 잠재력이 있는 지질분자임에도 분석에 어려움이 있었다. 본 발명은 이러한 문제점을 극복할 수 있어 진단의학 분야에서 매우 큰 잠재력을 지니고 있음을 알 수 있다.In particular, cardiolipin has not been analyzed by labeling methods, and it has been difficult to analyze the lipid molecules, which have potential to serve as disease-related biomarkers as well as major constituents of the mitochondrial membrane. It can be seen that the present invention overcomes such a problem and has a great potential in the field of diagnostic medicine.

진단의학 분야에서 사용되는 분석방법이 갖춰야 할 중요한 조건은 정확하게 매 시험마다 재현성 있는 결과를 얻을 수 있는 신뢰성 있는 방법일 것이다. 본 발명에서는 비교 분석하려는 두 샘플을 한번의 분석으로 검출하기 때문에 분석할 때마다 발생하는 오차를 최소화할 수 있다. 또한 본 발명에서 사용되는 지질 추출 및 메틸레이션 시약은 값비싼 내부표준물질보다 가격적으로 저렴하기 때문에 경제적인 장점이 있다.An important requirement for analytical methods used in the field of diagnostic medicine is that it is a reliable way to obtain reproducible results exactly for each test. In the present invention, since two samples to be compared and analyzed are detected by one analysis, errors occurring every analysis can be minimized. Also, the lipid extraction and methylation reagents used in the present invention are economically advantageous because they are cheaper than expensive internal standard materials.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples.

[실시예][Example]

본 실시예에서는 동위원소-레이블링된 메틸레이션(ILM) 방법을 이용한 지질 분석을 nUPLC-ESI-MSn에 적용하였고, 이동상 및 이온화 매개체를 포함하는 최적 설정을 다양한 변경을 통해 확립하였다. 상기 방법은 TMSD를 이용한 세포 내 PL의 전반적인 동정 및 정량에 의해 평가하였다.In this example, lipid analysis using the isotope-labeled methylation (ILM) method was applied to nUPLC-ESI-MS n , and optimal settings including mobile phase and ionization media were established through various modifications. The method was evaluated by overall identification and quantification of intracellular PL using TMSD.

본 실시예에서 PL의 메틸레이션 효율의 체계적인 평가는 nUPLC-ESI-MSn에 의해 선택 반응 모니터링(SRM) 방법으로, PL 표준물질(포스파티딜글리세롤(PG), 라이소PG(LPG), 포스파티딜이노시톨(PI), 라이소PI(LPI), 포스파티딜세린(PS), 라이소PS(LPS), 포스파티드산(PA), 라이소PA(LPA), 및 카디오리핀(CL))을 이용하여 H-레이블링된(-CH3) 및 D-레이블링된(-CHD2) 메틸레이션의 혼합 비율(H/D)을 변경하면서 수행하였다. 또한, 양이온 모드에서 메틸화된 PL의 검출에 미치는 이온화 매개체의 영향을 조사하였다. 이 방법은 천연적으로 존재하는 단당류이고 호중구에서 활성 산소종(ROS) 레벨을 감소시킴으로써 다양한 암 세포주의 증식을 억제하는 것으로 알려진 D-알로오스의 처리 후에, 호르몬-불응성 전립선 암(HRPC) 세포주(DU145)의 지질 추출물에 적용하였다. 본 실시예는 nUPLC-ESI-MSn과 결합한 ILM이 D-알로오스 처리된 전립선 암 세포의 PL 프로파일에서의 상대적인 변화를 정량하는 강력한 도구로서 역할을 할 수 있음을 증명하였다. 본 실시예는 또한 세포 사멸과 밀접하게 관련된 PS 및 CL의 향상된 검출과 고속 정량에 초점을 맞추었다. 암 세포의 PL의 ILM-기반 정량은 분석용 샘플에 내부 표준물질의 첨가를 이용하는 개별 정량과 비교하였다.The systematic evaluation of the methylation efficiency of PL in the present example was carried out by the nUPLC-ESI-MS n by the SRM method using PL standards (phosphatidylglycerol (PG), lyso PG (LPG), phosphatidylinositol H-labeling using lyso PI (LPI), phosphatidylserine (PS), lysos PS (LPS), phosphatidic acid (PA), lyso PA (LPA), and cardiolipin (CL) (H / D) of methylated (-CH 3 ) and D-labeled (-CHD 2 ) methylation. We also investigated the effect of ionizing media on the detection of methylated PL in cationic mode. This method is a naturally occurring monosaccharide and has been shown to inhibit the proliferation of a variety of cancer cell lines by reducing the level of reactive oxygen species (ROS) in neutrophils after treatment of D-allose with hormone-refractory prostate cancer (HRPC) (DU145). ≪ / RTI > This example demonstrates that ILM in combination with nUPLC-ESI-MS n can serve as a powerful tool to quantify relative changes in the PL profile of D-allose treated prostate cancer cells. This example also focused on enhanced detection and rapid quantification of PS and CL closely related to apoptosis. ILM-based quantification of PL of cancer cells was compared to individual quantification using addition of internal reference material to analytical samples.

1. 실험1. Experiment

(1) 재료 및 시약(1) Materials and reagents

질량분석기는 Thermo Scientific(San Jose, CA, USA)사의 LTQ Velose와 TSQ Vantage, LC는 Thermo Scientific 사의 Dionex Ultimate 3000 RSLCnano system과 Waters(Milford, MA, USA)사의 nanoACQUITY UPLC를 사용하였다. 분석칼럼과 연결용 모세관은 Polymicro Technology, LLC(Phoenix, AZ, USA)사의 제품을 사용했으며, 외경은 365 ㎛이다. 충진제는 Waters사의 ACQUITY UPLC BEH C18 column(2.1 mm×100 mm)에서 뽑아낸 1.7 ㎛ 크기의 BEH particles을 이용했다. 실험에 사용된 모든 지질 표준물질은 Avanti Polar Lipids Inc.(Alabaster, AL, USA)에서 구매하였고, LC에 사용된 모든 HPLC grade 용매는 Avantor Performance Materials(Center Vally, PA, USA)에서 구입하였으며, 이온화를 도와주기 위하여 용매에 섞어준 포름산 암모늄, 수산화 암모늄 modifier는 Sigma-Aldrich(St. Louis, MO, USA)에서 구입하였다. CD3OD(MeOD), D2O, DCl, TMSD는 Thermo Fisher Scientific(Waltham, MA, USA)에서 구매했고, HCl은 Samchun Pure Chemicals Co. Ltd.(Seoul, Korea)에서 구입했으며, glacial acetic acid는 Duksan Pure Chemicals Co. Ltd.(Ansan, Korea)에서 구입하였다.The mass spectrometer used was LTQ Velose and TSQ Vantage from Thermo Scientific (San Jose, CA, USA), Dionex Ultimate 3000 RSLCnano system from Thermo Scientific and nanoACQUITY UPLC from Waters (Milford, MA, USA). The analytical column and the connecting capillary were manufactured by Polymicro Technology, LLC (Phoenix, AZ, USA), and the outer diameter was 365 μm. The filler was 1.7 ㎛ BEH particles extracted from ACQUITY UPLC BEH C18 column (2.1 mm × 100 mm) from Waters. All lipid standards used in the experiments were purchased from Avanti Polar Lipids Inc. (Alabaster, AL, USA). All HPLC grade solvents used in LC were purchased from Avantor Performance Materials (Center Vally, PA, USA) Ammonium formate and ammonium hydroxide modifier, mixed in a solvent, were purchased from Sigma-Aldrich (St. Louis, Mo., USA) to aid the process. CD 3 OD (MeOD), D 2 O, DCl and TMSD were purchased from Thermo Fisher Scientific (Waltham, Mass., USA) and HCl was purchased from Samchun Pure Chemicals Co. Ltd. (Seoul, Korea) and glacial acetic acid was purchased from Duksan Pure Chemicals Co. Ltd. (Ansan, Korea).

(2) 세포 배양 및 지질 추출(2) Cell culture and lipid extraction

DU145 HRPC 세포주를 한국세포주은행(서울, 한국)에서 구하였다. 세포는 100 mm 페트리 접시에서 10% 열 불활성화 소태아혈청(FBS) 및 1% 페니실린/스트렙토마이신을 첨가한 RPMI 1640 배지(Invitrogen, Carlsbad, CA)로 배양한 후, 5% CO2를 포함한 가습화 대기의 37℃ 인큐베이터에서 48 내지 72시간 동안 배양하였다. D-알로오스 처리를 위해, 40 mM D-알로오스를 배양 배지에 첨가하였다. 세포가 접시 면적의 90% 넘게 점유하였을 때, 0.25% 트립신-EDTA를 첨가하여 세포들을 탈착시켰다. 이때의 세포 농도는 약 6×106 세포/mL이었다.The DU145 HRPC cell line was obtained from Korean Cell Line Bank (Seoul, Korea). Cells are activated with 10% heat fire in the 100 mm petri dish fetal bovine serum (FBS) and 1% penicillin / streptomycin RPMI 1640 medium with hygromycin was added to and incubated with (Invitrogen, Carlsbad, CA), humidification, including 5% CO 2 Lt; RTI ID = 0.0 > 37 C < / RTI > incubator for 48-72 hours. For D-allose treatment, 40 mM D-allose was added to the culture medium. When the cells occupied more than 90% of the dish area, cells were desorbed by the addition of 0.25% trypsin-EDTA. At this time, the cell concentration was about 6 × 10 6 cells / mL.

지질의 추출은 MTBE/MEOH를 이용한 변경된 Folch 방법에 따라 수행하였다. 요컨대, 수집된 세포 펠릿을 진공-건조한 후, MeOH (300 ㎕)를 첨가하였다. 균질화를 위해 샘플을 1분 동안 초음파 처리하였다. 이후, 1 mL의 MTBE를 균질화물에 첨가하고 샘플을 1시간 동안 볼텍싱하였다. 이후, 250 ㎕의 2.05 M HCl을 혼합물에 첨가하였다. 샘플을 10분 동안 볼텍싱하고 1000 g에서 10분 동안 원심 분리하였다. 상부 유기층을 새로운 튜브에 옮기고, 남은 하부층을 MTBE/MeOH/H2O(10:3:2.5, v/v/v) 혼합물의 유기 (상부) 층 400 ㎕를 이용하여 재-추출한 후, 10분 동안 볼텍싱하고 1000 g에서 5분 동안 원심 분리하였다. 상부층을 이전에 수집된 유기층과 함께 모았다. 합쳐진 유기층을 상기 용매 혼합물(MTBE/MeOH/H2O)의 수성 (하부) 층 500 ㎕로 10분 동안 볼텍싱하면서 세척한 후, 1000 g에서 5분 동안 원심 분리하였다. 유도체화를 위해 최종 유기층을 또 다른 튜브로 옮겼다.Lipid extraction was performed according to the modified Folch method using MTBE / MEOH. In brief, the collected cell pellets were vacuum-dried and then MeOH (300 μl) was added. Samples were sonicated for 1 minute for homogenization. Then, 1 mL of MTBE was added to the homogenate and the sample was vortexed for 1 hour. Then, 250 [mu] l of 2.05 M HCl was added to the mixture. Samples were vortexed for 10 min and centrifuged at 1000 g for 10 min. The upper organic layer was transferred to a new tube and the remaining lower layer was re-extracted with 400 μl of the organic (upper) layer of a mixture of MTBE / MeOH / H 2 O (10: 3: 2.5, v / v / v) Lt; RTI ID = 0.0 > 1000g < / RTI > for 5 minutes. The top layer was collected with the previously collected organic layer. After washing with vortexing aqueous (lower) layer on 500 ㎕ for 10 minutes and the combined organic layer the solvent mixture (MTBE / MeOH / H 2 O ), and centrifuged for 5 minutes at 1000 g. The final organic layer was transferred to another tube for derivatization.

(3) 동위원소-레이블링된 메틸레이션(ILM)(3) Isotope-labeled methylation (ILM)

PL의 인산기의 메틸레이션은 PL 표준물질 혼합물 또는 세포 추출물의 유기층에 50 ㎕의 MEOH 및 50 ㎕의 TMSD(헥산에서 2 M, 황색)의 첨가로 시작한 후, 실온에서 10분 동안 혼합물을 볼텍싱하였다. 반응을 중단하기 이해, 6 ㎕의 빙초산을 혼합물에 첨가하였고, 이후 황색 용액이 투명색으로 변하는 것을 확인한다. 이 혼합물에, 세척을 위해 MTBE/MEOH/H2O(10:3:2.5, v/v/v)의 새로운 용매 혼합물의 수성 (하부) 층 500 ㎕를 첨가하였다. 혼합물을 10분 동안 볼텍싱하고 1000 g에서 5분 동안 원심 분리하였다. 최종 유기층을 진공-건조하고, 보관을 위해 200 ㎕의 MEOH/CHCl3(9:1, v/v)에 용해시켰다. 이 혼합물을 nUPLC-ESI-MS/MS 분석을 위해 MEOH/H2O(8:2, v/v)로 희석하였다. ILM은 모든 추출 및 유도체화 과정 중에 MEOH, H2O 및 HCl을 각각 CD3OD, D2O 및 DCl로 대체함으로써 달성하였다.The methylation of the phosphate group of PL was initiated by addition of 50 [mu] l MEOH and 50 [mu] l TMSD (2 M in hexane, yellow) to the PL standard material mixture or the organic layer of the cell extract and then vortexed the mixture for 10 minutes at room temperature . To stop the reaction, 6 [mu] l of glacial acetic acid was added to the mixture, after which the yellow solution turned to a clear color. To this mixture, 500 μl of an aqueous (lower) layer of a fresh solvent mixture of MTBE / MEOH / H 2 O (10: 3: 2.5, v / v / v) was added for washing. The mixture was vortexed for 10 min and centrifuged at 1000 g for 5 min. It was dissolved in: (1, v / v 9 ) - the final organic layer was vacuum dried and stored for MEOH / CHCl of 200 ㎕ 3. Was diluted with: (2, v / v 8 ) and the mixture MEOH / H 2 O for nUPLC-ESI-MS / MS analysis. ILM was achieved by replacing MEOH, H 2 O and HCl with CD 3 OD, D 2 O and DC 1 , respectively, during all extraction and derivatization procedures.

(4) nUPLC-ESI-MSn 분석(4) Analysis of nUPLC-ESI-MS n

2개의 nUPLC-ESI-MS/MS 시스템을 본 실험에서 사용하였다. 비표적 지질 동정은 Thermo Scientific(San Jose, CA)의 LTQ Velos 이온 트랩 질량분석기를 구비한 오토샘플러를 갖는 Dionex Ultimate 3000 RSLCnano 시스템을 이용하여 수행하였다. 지질의 SRM 정량은 Thermo Scientific의 TSQ Vantage triple-stage 4중극자 MS 시스템에 연결된 Waters의 nanoACQUITY UPLC 시스템을 이용하여 수행하였다. 분석 칼럼은 실험실에서 준비하였다. 지질 분리에 사용된 이동상은 A로서 (9.5:0.5, v/v) H2O/CH3CN 및 B로서 (2:2:6, v/v/v) MeOH/CH3CN/IPA이었고, 음이온 모드에서 이온화 매개체로서 0.05% 수산화암모늄(AH) 및 양이온 모드에서는 5 mM 포름산암모늄(AF)을 첨가하였다.Two nUPLC-ESI-MS / MS systems were used in this experiment. Non-target lipid identification was performed using a Dionex Ultimate 3000 RSLCnano system with an autosampler equipped with an LTQ Velos ion trap mass spectrometer from Thermo Scientific (San Jose, Calif.). SRM quantification of lipids was performed using Waters' nanoACQUITY UPLC system connected to Thermo Scientific's TSQ Vantage triple-stage quadrupole MS system. The analytical column was prepared in the laboratory. The mobile phase used for lipid separation is an A was: (6, v / v / v 2:: 2) MeOH / CH 3 CN / IPA, (9.5 0.5, v / v) H 2 O / CH 3 a CN and B 0.05% ammonium hydroxide (AH) as an ionization medium in anion mode and 5 mM ammonium formate (AF) in cation mode were added.

세포 지질의 비표적 분석을 위해, 10 ㎍(2 ㎕, 5 ㎍/㎕)의 지질 추출물을 분석 칼럼에 로딩하였고, 이때 이동상 A를 700 nL/min로 10분 동안 흘려주고 스위칭 밸브는 오프로 하였다. 주입 후에, 스위칭 밸브를 온으로 바꾸고, 펌프 유속을 7 ㎕/min으로 설정하고, 칼럼 유속을 300 nL/min으로 조절하였다. 구배 용리 I(운전 조건 I)은 이동상 B를 0.1분 동안 0 내지 60%에서, 5분 동안 75%로, 10분 동안 80%로, 10분 동안 90%로, 그리고 추가로 5분 동안 99%로 증가시킴으로써 시작하였다. 99%에서, 이동상 B를 20분 동안 유지하여 칼럼을 세척한 후 칼럼 재-평형을 위해 10분 동안 0%로 하였다. 이온 트랩 MS를 위한 ESI 전압은 3.0 kV로 설정하였다. 전구체 스캔 MS의 m/z 범위는 400 내지 1600이었고, 데이터-의존 CID 분석은 40% 정상화 충돌 에너지에서 수행하였다. 지질의 분자 구조는 LiPilot 소프트웨어, 지질 분자의 분획 이온 스펙트럼을 기반으로 하고 실험실에서 개발하고 매뉴얼 검토로 확인한 알고리즘에 의해 결정하였다.For non-target analysis of cellular lipids, 10 μg (2 μl, 5 μg / μl) of lipid extract was loaded onto the analytical column, at which time mobile phase A was flowed at 700 nL / min for 10 minutes and the switching valve was turned off . After the injection, the switching valve was turned on, the flow rate of the pump was set to 7 ㎕ / min, and the flow rate of the column was adjusted to 300 nL / min. Gradient elution I (running condition I) was carried out at 0-60% for 0.1 min, 75% for 5 min, 80% for 10 min, 90% for 10 min and 99% . ≪ / RTI > At 99%, the mobile phase B was maintained for 20 minutes to wash the column and then 0% for 10 minutes for column re-equilibration. The ESI voltage for the ion trap MS was set at 3.0 kV. The m / z range of the precursor scan MS was 400-1600 and the data-dependent CID analysis was performed at 40% normalized collision energy. The molecular structure of the lipids was determined by the LiPilot software, a fractional ion spectrum of lipid molecules, developed by the laboratory and confirmed by manual review.

메틸화된 지질의 SRM-기반 정량은 서로 다른 분석 조건에서 수행하였다. DU145 세포주의 지질 추출물은 H-레이블링된 메틸레이션으로 처리하고, D-알로오스-처리된 세포의 추출물은 D-레이블링된 메틸레이션으로 처리하였다. 메틸화된 지질 샘플들을 1:1 (H/D) 비율(각 지질 샘플에 대해 10 ㎍/㎕)에서 혼합하고 nUPLC-ESI-MS/MS 분석을 수행하였다. 지질 혼합물(2 ㎕, 10 ㎍)을 비표적 동정에서 사용된 동일한 분석 칼럼에 로딩하였고, 10분 동안 700 nL/min의 유속에서 이동상 A를 이용하였다. 샘플 로딩 후에, 스위칭 밸브를 온으로 바꾸고 펌프 유속을 14 ㎕/min으로 증가시킴으로써, 칼럼 유속을 300 nL/min으로 조절할 수 있었다. 구배 용리 II는 이동상 B를 0.1분 동안 70%로, 5분 동안 80%로, 그리고 최종적으로 10분 동안 100%로 증가시킴으로써 시작하였다. 이후, 칼럼 세척을 위해 100%에서 10분 동안 유지하고 5분 동안 0%로 하였다. 메틸화된 PL의 검출은 양이온 모드에서 3.0 kV의 ESI에서 m/z 1.0의 스캔 폭 및 0.001 s의 스캔 시간으로 수행하였다. 메틸화된 지질의 SRM 정량은 모든 종류에 대해 25 V의 CID에서 수행하였다. m/z 값 >1500을 갖는 CL 종의 경우, SRM 정량은 이온 트랩 MS를 이용하여 수행하였다. ILM 방법에서 얻어진 결과를 평가하기 위해, 통상적인 정량 실험은 홀수 아실 체인을 갖는 내부 표준물질 세트(0.5 pmol/㎕)와 함께 개별 지질 추출물을 분석함으로써 수행하였다. 각 개별 지질 분자에서의 상대적인 변화는 두 샘플의 보정된 피크 면적(각 표준물질의 피크 면적 대비)의 비율 계산함으로써 분석하였다.SRM-based quantitation of methylated lipids was performed under different assay conditions. The lipid extracts of DU145 cell lines were treated with H-labeled methylation and the extracts of D-allose-treated cells with D-labeled methylation. The methylated lipid samples were mixed at a 1: 1 (H / D) ratio (10 [mu] g / l for each lipid sample) and nUPLC-ESI-MS / MS analysis was performed. The lipid mixture (2 [mu] l, 10 [mu] g) was loaded onto the same analytical column used for non-target identification and mobile phase A was used at a flow rate of 700 nL / min for 10 min. After sample loading, the flow rate of the column could be adjusted to 300 nL / min by switching the switching valve on and increasing the pump flow rate to 14 μl / min. Gradient elution II was initiated by increasing mobile phase B to 70% for 0.1 min, to 80% for 5 min, and finally to 100% for 10 min. Thereafter, the column was kept at 100% for 10 minutes for washing and 0% for 5 minutes. Detection of methylated PL was performed with a scan width of m / z 1.0 and a scan time of 0.001 s at 3.0 kV ESI in cation mode. The SRM quantification of methylated lipids was performed at 25 V CID for all species. For CL species with m / z value> 1500, SRM quantification was performed using ion trap MS. To evaluate the results obtained in the ILM method, conventional quantitation experiments were performed by analyzing individual lipid extracts with an internal reference set (0.5 pmol / [mu] l) with an odd acyl chain. Relative changes in each individual lipid molecule were analyzed by calculating the ratio of the corrected peak areas of the two samples (relative to the peak area of each standard).

2. 결과 및 토의2. Results and Discussion

(1) 메틸화된 PL의 nUPLC-ESI-MSn 분석(1) nUPLC-ESI-MS n analysis of methylated PL

서로 다른 헤드 기: PG, PI, PS, PA, PIPn(이노시톨 기에서 서로 다른 정도의 인산화를 갖는 PIP 분자), CL 및 Cer1P를 갖는 PL 표준물질의 혼합물에 대해 메틸레이션을 수행하였다. 인산기의 메틸레이션은 PL의 소수성을 증가시켜 이온화 효율을 개선하였는데, 그 이유는 소수성 분자가 액적의 표면에 머무르는 경향에 의해 ESI 중에 다른 간섭 화합물들로부터 쉽게 분리되려는 경향을 가지기 때문이며, 그 결과 이온화 효율을 증가시켰다. 또한, 소수성의 증가는 역상 칼럼에서 긴 머무름시간을 유발하였고, 그 결과 고 비율의 유기 용매를 갖는 조건에서 용리되는 물질의 경우, 하전된 액적을 발생시키는데 더 유리하였다. 따라서, LC의 이동상에 첨가된 이온화 매개체의 영향을 조사할 필요가 있었다. 본 실험에서, 29개 PL 표준물질 포스트 H-메틸레이션을 이용하여 이들의 MS 신호세기를 비교함으로써 3개의 이온화 매개체를 시험하였다. 양이온 및 음이온 모드 모두에서 보편적인 매개체로서 이용되었던 혼합 매개체(5 mM AF + 0.05% AH), 메틸화된 포스포이노시티드의 MS 분석에 이용된 5 mM 아세트산 암모늄(AA) 및 5 mM AF를 포함한 이온화 매개체가 메틸화된 PL의 MS 신호세기에 미치는 영향을 도 6에 나타냈다. 대부분의 PL이 양성자화된 형태([M+H]+)로 검출되었다. 그러나, PG, PI, PA 및 CL은 주로 암모늄 부가체 이온([M+NH4]+)으로 검출되었다. 이들은 양성자화된 형태([M+H]+)로도 검출되었지만, 무시할만한 것으로 고려될 수 있다. 도 6에서 볼 수 있듯이, 5 mM AF는 PIPn 분자를 포함한 모든 PL 그룹에 대해 가장 높은(~2배까지) 이온화 효율을 나타냈다. 따라서, 5 mM AF를 추가 분석용 이동상 용액의 이온화 매개체로서 이용하였다.Methylation was performed on mixtures of PL standards with different headgroups: PG, PI, PS, PA, PIP n (PIP molecules with different degrees of phosphorylation in the inositol group), CL and Cer1P. The methylation of the phosphate group improved the ionization efficiency by increasing the hydrophobicity of the PL because the hydrophobic molecules tend to be easily separated from other interfering compounds in the ESI by the tendency to stay on the surface of the droplet, Respectively. In addition, the increase in hydrophobicity caused a longer retention time in the reversed phase column, and as a result, the material eluted under conditions with a higher proportion of organic solvent was more advantageous in generating charged droplets. Therefore, it has been necessary to investigate the influence of the ionizing agent added to the mobile phase of LC. In this experiment, three ionization media were tested by comparing their MS signal intensities using 29 PL standard material post H-methylation. (5 mM AF + 0.05% AH), 5 mM ammonium acetate (AA) and 5 mM AF used for MS analysis of methylated phosphoinositides, which were used as universal mediators in both cation and anion modes The effect of medium on the MS signal intensity of methylated PL is shown in FIG. Most PLs were detected as protonated forms ([M + H] + ). However, PG, PI, PA and CL were mainly detected as ammonium adduct ions ([M + NH 4 ] + ). They have also been detected in their protonated form ([M + H] + ), but can be considered negligible. As can be seen in FIG. 6, 5 mM AF showed the highest ionization efficiency (up to 2-fold) for all PL groups including PIP n molecules. Thus, 5 mM AF was used as the ionization vehicle of the mobile phase solution for further analysis.

메틸레이션 시에 PL의 소수성 증가로 머무름시간과 극성 PL의 이온화 효율을 증가되었다. 도 3은 1) 이동상에 첨가된 0.05% AH를 이용한 음이온 모드에서 얻은 18개 온전한 PL 표준물질 혼합물(각각 1 pmol) 및 2) nUPLC-ESI-MS/MS에 의해 얻은 5 mM AF를 이용한 양이온 모드에서 H-메틸화된 PL 표준물질의 추출된 이온 크로마토그램(EIC)을 나타낸다. 도 3의 2)의 크로마토그램은 H-메틸화 및 D-메틸화된 PL 표준물질(각각 1 pmol)의 1:1 혼합물을 이용하여 얻었다. PL의 메틸레이션 결과 머무름시간이 증가하였다(도 3의 2)). 그러나, 피크 번호 13 내지 18의 폭은 현저하게 감소하면서 신호세기는 증가하였다: 반폭치에 근거하여 온전한 것의 경우 0.25분 대 H-메틸화된 (14:0)4-CL(피크 번호 18)의 경우 0.09분. 메틸레이션의 정도는 PL의 극성 헤드 기의 수(PI 및 PG의 경우 1, PS, PA 및 CL의 경우 2, PIP의 경우 3, PIP2의 경우 5, PIP3의 경우 7)에 따라 변하기 때문에, 연장된 머무름시간은 온전한 분자와 비교하여 고도의 메틸레이션을 갖는 분자(피크 번호 1, 4, 6, 8 및 18)에서 얻어졌다. 또한, 온전한 조건 하의 PIPn 분자는 이노시톨에서 추가적인 인산기의 존재 때문에 MS의 음이온 모드에서 성공적으로 검출되지 않았다(도 3의 1). 그러나, 말단 인산기의 메틸레이션은 소수성 증가 때문에 피크 번호 11 및 12의 검출 효율을 향상시켰다. 추가로, Cer1P(번호 10) 및 PA(번호 13 및 17) 분자 또한 메틸레이션 했을때 MS 신호세기가 증가되었다. 여기서 주목해야 하는 것은 메틸레이션 이후 카디오리핀(CL)(피크 번호 18)에서 머무름시간이 현저히 증가하였지만 검출이 성공적으로 수행되었다는 것이다. MS와 역상 LC(RPLC)에 의한 CL 분석은 CL 분자에서 4개의 아실 체인의 존재로 인한 긴 머무름시간 때문뿐만 아니라 2개의 인산기로 인한 ESI 중 낮은 이온화 때문에 상대적으로 어려웠다. 메틸레이션은 미토콘드리아에서 특정적으로 발견된 미량의 CL의 선택적인 프로파일링에 큰 잠재력을 가졌다. 미토콘드리아 기능장애가 신경퇴행적 장애의 서막이기 때문에, CL의 효율적인 분석은 미토콘드리아 관련 질환에서 지질의 개입의 평가에 매우 유용한 것으로 판명될 수 있다. 세포 추출물의 CL 프로파일링의 향상은 추후 상세하게 논의될 것이다.The retention time and the ionization efficiency of polar PL were increased by increasing hydrophobicity of PL at methylation. Figure 3 shows 1) a mixture of 18 complete PL reference materials (1 pmol each) obtained in anion mode using 0.05% AH added to the mobile phase and 2) cation mode with 5 mM AF obtained by nUPLC-ESI-MS / MS (EIC) of the H-methylated PL reference material. 3) was obtained using a 1: 1 mixture of H-methylated and D-methylated PL standards (1 pmol each). The retention time of PL was increased as a result of methylation (2 in Fig. 3)). However, the signal intensities increased with the widths of the peaks numbers 13 to 18 being significantly reduced: in the case of intact, 0.25 min versus H-methylated (14: 0) 4 -CL (peak number 18) 0.09 minutes. The degree of methylation depends on the number of polar head units of PL (1 for PI and PG, 2 for PS, PA and CL, 3 for PIP, 5 for PIP 2 , 7 for PIP 3 ) , Extended retention times were obtained in molecules with high methylation (Peak Nos. 1, 4, 6, 8 and 18) as compared to intact molecules. In addition, PIP n molecules under intact conditions were not successfully detected in negative ion mode of MS due to the presence of additional phosphate groups in inositol (1 in FIG. 3). However, the methylation of the terminal phosphate group improved the detection efficiency of peaks 11 and 12 because of the increased hydrophobicity. In addition, the MS signal intensity was increased when the Cer1P (No. 10) and PA (No. 13 and 17) molecules were also methylated. It should be noted that the retention time was significantly increased at cardiolipin (CL) (peak number 18) after methylation but the detection was successful. CL analysis by MS with reversed-phase LC (RPLC) was relatively difficult due to the low retention time due to the presence of four acyl chains in the CL molecule as well as low ionization of the ESI due to the two phosphate groups. Methylation has great potential for selective profiling of trace amounts of CL specifically found in mitochondria. Since mitochondrial dysfunction is a prelude to neurodegenerative disorders, an efficient analysis of CL can prove very useful in assessing lipid intervention in mitochondrial-related diseases. Enhancement of CL profiling of cell extracts will be discussed in detail later.

H- 및 D-메틸화된 PL의 분자 구조는 MS/MS/MS(MS3)에 의해 얻은 데이터-의존 CID 분획 이온 스펙트럼과 함께, 전구체 이온 m/z 값의 차이에 근거하여 구별될 수 있다. nUPLC-ESI-MSn 분석에 의해 얻은 H- 및 D-메틸화된 PL 분자의 스펙트럼을 도 7에 나타냈다. 도 7a에서 피크 번호 13(도 3의 2)에서 tr = 26.05분에서의 16:0/18:1-PA)의 전구체 이온 MS 스펙트럼은 2개의 메틸기의 첨가로 인한 4 Da 차이로 m/z 720.5([MH+NH4]+, H-메틸레이션의 경우 첨자 H) 및 m/z 724.5([MD+NH4]+, D-메틸레이션의 경우 첨자 D)에서 암모늄 부가체의 형태로 2개의 레이블링된 이온의 검출을 나타낸다. 도 7b, c에서 각 MS/MS 스펙트럼은 [MH-PO2(OCH3)2]+ 및 [MD-PO2(OCHD2)2]+로서 동일한 m/z 577.5를 갖는 현저하고 공통적인 분획 이온의 형성과 함께, m/z 703.6([MH+NH4-NH3]+) 및 m/z 707.7([MD+NH4-NH3]+)에서 NH3의 손실을 나타낸다. 도 7d는 도 7b와 c에서 공통 이온 m/z 577.5의 MS3 스펙트럼을 나타내고, m/z 321.4([MH-PO2(OCH3)2-R1COOH]+) 및 m/z 295.4([MH-PO2(OCH3)2-R2COOH]+)에서 카르복실산의 손실, m/z 239.3 및 265.3에서 아실륨 이온([RCO]+)의 형태로 아실 체인의 검출, 그리고 m/z 211.3 및 247.3에서 아실륨 이온으로부터 물([RCO-H2O]+)의 손실을 나타낸다. 특징적인 분획 이온을 이용한 CID 스펙트럼에 근거하여, 이들은 H-메틸화 및 D-메틸화된 16:0/18:1-PA 분자로 쉽게 확인할 수 있다.The molecular structure of the H- and D-methylated PL can be distinguished on the basis of differences in the precursor ion m / z values, along with the data-dependent CID fraction ion spectra obtained by MS / MS / MS (MS 3 ). The spectra of the H- and D-methylated PL molecules obtained by nUPLC-ESI-MS n analysis are shown in FIG. The precursor ion MS spectra of peak number 13 (2 in FIG. 7) and 16: 0/18: 1-PA at t r = 26.05 min in FIG. 7a) The form of the ammonium adduct in the form of the ammonium adduct at 720.5 ([M H + NH 4 ] + , subscript H for H-methylation and 724.5 ([M D + NH 4 ] + for D-methylation) Lt; RTI ID = 0.0 > labeled < / RTI > In Figure 7b, c each MS / MS spectrum [M H -PO 2 (OCH 3 ) 2] + and [M D -PO 2 (OCHD 2 ) 2] + as a significant and common having the same m / z 577.5 Shows loss of NH 3 at m / z 703.6 ([M H + NH 4 -NH 3 ] + ) and m / z 707.7 ([M D + NH 4 -NH 3 ] + ) with formation of fraction ions. Figure 7d shows the MS 3 spectrum of the common ion m / z 577.5 in Figures 7b and c, with m / z 321.4 ([M H -PO 2 (OCH 3 ) 2 -R 1 COOH] + ) and m / z 295.4 Loss of carboxylic acid in [M H -PO 2 (OCH 3 ) 2 -R 2 COOH] + ), detection of acyl chain in the form of an acylium ion ([RCO] + ) at m / z 239.3 and 265.3, and ([RCO-H 2 O] + ) from the acylium ion at m / z 211.3 and 247.3. Based on the CID spectrum using characteristic fraction ions, they can be readily identified by H-methylated and D-methylated 16: 0/18: 1-PA molecules.

(2) 메틸레이션의 효율(2) Efficiency of methylation

메틸레이션 반응의 수율은 HCl을 첨가함으로써 얻은 산성 조건(pH = 1~2)에서 증가하였다. HCl의 첨가 유무에 따른 24개 지질 표준물질의 메틸레이션 효율(%)을 표 2에서 비교하였다. 메틸레이션 효율은 초기 온전한 PL 종 대비 메틸화된 종의 퍼센트를 나타낸다. 메틸화된 종의 양은 메틸레이션하지 않은 동일한 분자의 피크 면적으로부터 메틸레이션 후 비-메틸화된 종의 전구체 이온의 피크 면적(각 특정 PL 종류의 내부 표준물질 대비)을 뺌으로써 계산하였다. ESI 중에 메틸화 및 비-메틸화된 종의 이온화 효율이 메틸화된 종의 소수성 증가로 인해 서로 다르기 때문에, 분자의 피크 면적의 비교는 nUPLC-ESI-MS/MS의 음이온 모드에서 메틸레이션 후 남은 온전한 PL 분자의 양에 근거하여 수행하였다. 표 2에서 나타내듯이, 산성 조건에서 PL의 메틸레이션 효율은 LPI 분자(~92.4%)를 제외하고 대부분의 종류에서 96% 이상이었지만, 반면에 중성 조건에서는 75~94% 효율이 얻어졌다. Cer1P 및 PIPn의 효율 데이터는 표 2에 포함되지 않았는데, 그 이유는 이들 분자가 역상 nUPLC-ESI-MS/MS에 의해 분석되지 않기 때문이다. 그러나, 이들 분자는 메틸레이션 후 잘 검출되었다. 문헌에 따르면, Cer1P 및 PIPn의 메틸레이션 효율은 93.8±0.2%로 보고되었다. 이 특정 방법에서 메틸레이션 효율은 잔류하는 온전한 PL 분자의 계산에 근거하였지만, 모든 분자가 메틸레이션되었는지는 확실하지 않다. 이것은 혼합 비율을 변경하면서 H- 및 D-메틸화된 표준물질 혼합물의 상대적인 비율을 측정함으로써 추가로 조사하였다.The yield of the methylation reaction was increased in the acidic condition (pH = 1 ~ 2) obtained by adding HCl. The methylation efficiency (%) of 24 lipid standard materials with and without addition of HCl was compared in Table 2. Methylation efficiency represents the percentage of methylated species relative to the initial intact PL species. The amount of methylated species was calculated by subtracting the peak area (relative to the internal standard of each specific PL species) of the precursor ion of the non-methylated species after methylation from the peak area of the same molecule without methylation. As the ionization efficiencies of the methylated and non-methylated species in the ESI are different due to the increased hydrophobicity of the methylated species, a comparison of the peak areas of the molecules reveals that the intact PL molecules after methylation in the anion mode of nUPLC-ESI-MS / Of the total. As shown in Table 2, the methylation efficiency of PL under acidic conditions was 96% or more in most species except for LPI molecules (~ 92.4%), while 75% to 94% efficiency was obtained under neutral conditions. The efficiency data for Cer1P and PIP n are not included in Table 2 because these molecules are not analyzed by reversed phase nUPLC-ESI-MS / MS. However, these molecules were well detected after methylation. According to the literature, the methylation efficiency of Cer1P and PIP n is reported to be 93.8 ± 0.2%. In this particular method, the methylation efficiency is based on the calculation of the remaining intact PL molecules, but it is uncertain whether all the molecules have been methylated. This was further investigated by measuring the relative proportions of the H- and D-methylated standards mixture while changing the mixing ratio.

Figure pat00001
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(3) nUPLC-ESI-MS/MS에 의한 PL의 ILM-기반 정량(3) ILM-based quantification of PL by nUPLC-ESI-MS / MS

nUPLC-ESI-MS/MS 분석에 의한 ILM-기반 정량은 29개 메틸화된 PL 표준물질 쌍(H- 및 D-메틸레이션)의 정량을 위해 수행하였다. H- 및 D-메틸화된 PL 표준물질을 5개의 다른 비율, 즉 0.25(2:8), 0.67(4:6), 1.00(5:5), 1.50(6:4) 및 4.00(8:2)의 H/D로 혼합하였고, 선택적 반응 모니터링(SRM) 방법에 따른 nUPLC-ESI-MS/MS에 의해 정량화하였다. SRM 정량을 위해, 각 PL 종류에 대한 정량화 이온의 형태는 각 지질 종류의 표준물질 종의 첫 번째 MS/MS 스펙트럼으로부터 선택하였다. 도 4-1의 좌측은 H-/D-메틸화된 16:0/18:1-PS의 계산된 피크 면적 비율(H/D) 및 nUPLC-ESI-MS/MS에 의해 얻어진 혼합 비율 사이의 상관관계를 나타내며, 0.25 내지 4.00의 H/D 사이에서 좋은 선형 관계를 나타낸다. 도 4-1의 우측은 4.19±0.17의 평균 H/D 값을 갖는 H- 및 D-메틸화된 PS 분자(각 샘플의 삼중 측정)의 겹쳐진 추출 이온 크로마토그램(EIC)을 나타내며, 혼합 비율(4.00)로부터 약 5% 벗어났다. 각 종의 머무름시간은 H- 및 D-메틸화된 PS 양쪽 모두에 대해 14.96±0.04이었고, 편차는 무시할만하였다. 24개 메틸화된 PL 종의 계산된 피크 면적의 비율(H/D)을 표 3에 나타냈다. 평균에 대한 상대 편차가 6.6% 이내인 혼합 비율과 비교한 실험에서 대부분의 종류의 PL은 적절한 H/D 비율을 나타냈지만, 오직 LPI를 포함한 PI만이 예상 값으로부터 실험적 H/D 비율에서 평균 42.6%의 현저한 편차를 나타냈다. 이 차이는 이노시톨 헤드기의 사이클릭 고리에 의해 유발된 입체 장해로부터 기인할 수 있는데, PL의 다른 헤드기와 비교하여 상대적으로 크다. 이는 PI 분자의 메틸레이션이 다른 PL 분자만큼 효율적이지 못함을 나타낸다. 그러나, 다른 정도의 인산화를 갖는 PIP 분자는 예상된 H/D 값을 가지면서 좋은 상관관계(표 3에서 평균에 대해 6.14% 에러 이내)를 나타냈다. PIP, PIP2 및 PIP3에서, 글리세롤 골격의 인산기에서의 메틸레이션 및 이노시톨 헤드기에서 말단 인산기의 메틸레이션(말단 인산기 당 2개의 메틸레이션)이 성공적으로 수행되었다.ILM-based quantification by nUPLC-ESI-MS / MS analysis was performed for the quantification of 29 methylated PL reference material pairs (H- and D-methylation). The H- and D-methylated PL standards were prepared in five different ratios: 0.25 (2: 8), 0.67 (4: 6), 1.00 (5: 5), 1.50 ) H / D and quantified by nUPLC-ESI-MS / MS according to the selective reaction monitoring (SRM) method. For SRM quantification, the type of quantification ion for each PL species was selected from the first MS / MS spectrum of the reference species of each lipid species. The left side of FIG. 4-1 shows the correlation between the calculated peak area ratio (H / D) of H- / D-methylated 16: 0/18: 1-PS and the mixing ratio obtained by nUPLC-ESI-MS / And exhibits a good linear relationship between H / D of 0.25 to 4.00. The right side of Figure 4-1 shows the overlapping extracted ion chromatogram (EIC) of H- and D-methylated PS molecules (triplicate of each sample) with an average H / D value of 4.19 +/- 0.17, ) By about 5%. The retention times of each species were 14.96 ± 0.04 for both H- and D-methylated PS, and the deviations were negligible. The ratio of the calculated peak area (H / D) of the 24 methylated PL species is shown in Table 3. Most of the PLs showed a reasonable H / D ratio in the experiment compared to the blending ratio of 6.6% or less relative to the average, but only the PI containing LPI showed an average of 42.6% in the experimental H / D ratio from the expected value, . This difference can be attributed to the steric hindrance caused by the cyclic ring of the inositol head group, which is relatively large compared to other head groups of PL. This indicates that the methylation of PI molecules is not as efficient as other PL molecules. However, PIP molecules with different degrees of phosphorylation exhibited a good correlation (within 6.14% error for the mean in Table 3) with expected H / D values. In PIP, PIP 2 and PIP 3 , the methylation of the glycerol skeleton at the phosphate group and the methylation of the terminal phosphate group at the inositol head group (two methylations per terminal phosphate group) were successfully performed.

메틸레이션-기반 정량에 대한 매트릭스 효과는 DU145 세포의 세포 지질 추출물에 홀수 아실 체인 PL 표준물질을 첨가한 후, H- 및 D-메틸레이션에 대해 동일한 분취량의 혼합물을 처리함으로써 평가하였다. 세포 지질 추출물에 함유된 각각의 H- 및 D-메틸화된 PL 표준물질을 혼합 비율을 변경하면서(0.25, 0.67, 1.00, 1.50 및 4.00의 H/D) 동일한 방식으로 혼합하였다. 얻어진 혼합물을 상술한 바와 같이 분석하였다. H/D 메틸화된 종의 계산된 비율에 따르면, 예상된 비율로부터의 편차는 대부분의 종에 대해 평균 6.3% 미만이었고, 표 3에서 관측된 평균 편차와 거의 유사하였다. 이것은 세포 추출물의 매트릭스 효과가 크지 않음을 암시한다.The matrix effect on methylation-based quantitation was assessed by adding an odd acyl chain PL standard to the cellular lipid extract of DU145 cells and then treating the same aliquot of the mixture for H- and D-methylation. The respective H- and D-methylated PL standards contained in the cellular lipid extracts were mixed in the same manner with varying mixing ratios (H / D of 0.25, 0.67, 1.00, 1.50 and 4.00). The resulting mixture was analyzed as described above. According to the calculated ratios of the H / D methylated species, the deviation from the expected ratio was less than 6.3% on average for most species and nearly similar to the observed mean deviation in Table 3. This suggests that the matrix effect of the cell extract is not large.

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(4) nUPLC-ESI-MS/MS에 의한 HRPC 세포의 PL 추출물의 ILM-기반 정량(4) ILM-based quantification of PL extracts of HRPC cells by nUPLC-ESI-MS / MS

ILM 방법이 D-알로오스의 처리가 있거나 없는 HRPC DU145 세포로부터 추출된 PL의 상대적인 정량을 위해 적용되었다. D-알로오스 처리된 세포의 PL 추출물은 D-메틸화하였고, 온전한 세포의 추출물은 H-메틸화하였다. 동일한 분취량의 두 메틸화된 생성물을 nUPLC-ESI-MS/MS 분석을 위해 함께 혼합하였다. 세포 PL의 ILM-기반 정량은 PG, PS, PA 및 CL 종류에 대해서만 수행하였다. 포스파티딜콜린(PC) 및 포스파티딜에탄올아민(PE)은 ILM-기반 정량에 포함되지 않았는데, 그 이유는 PE의 1차 아민기에서의 메틸레이션이 PC 분자를 형성함으로써, 세포 추출물의 원래 PC 분자로부터 거의 구별될 수 없을 수 있기 때문이다.The ILM method was applied for the relative quantification of PL extracted from HRPC DU145 cells with or without D-allose treatment. PL extracts of D-allose treated cells were D-methylated and whole cell extracts were H-methylated. Two methylated products of the same aliquot were mixed together for nUPLC-ESI-MS / MS analysis. ILM-based quantitation of cell PL was performed only for PG, PS, PA and CL classes. Phosphatidylcholine (PC) and phosphatidylethanolamine (PE) were not included in the ILM-based quantitation because the methylation at the primary amine group of PE formed PC molecules, making it almost indistinguishable from the original PC molecule of the cell extract It can not be.

이들 4개의 PL 종류의 구조 분석은 전체 112 종을 확인하였다(1 LPG, 33 PG, 1 LPS, 14 PS, 2 LPA, 18 PA 및 43 CL). PA 분자를 제외하고, SRM은 아실 체인의 이성질체 구조를 구별하지 못하기 때문에, 정량은 83개 PL에 대해 수행되었다. CID 실험에 의해 이성질체 형태의 확인된 분자 구조와 함께, PL 종에 대해 계산된 피크 면적 비율(D/H)에 따르면, 112개 종 중에서, 8개 PA 및 25개 CL만이 메틸화된 PL로부터 확인되었는데, 이들은 음이온 모드에서 종래 방법을 이용하여 온전한 PL 추출물에서는 검출되지 않았으며, 이러한 결과는 PA 및 CL을 메틸레이션 시킨 후 분석하였을 때 검출한계를 향상시켰음을 나타낸다. 특히, CL의 확인된 수는 메틸화된 추출물로부터 43개로 증가하였지만, 온전한 PL 추출물로부터는 18개 종만이 확인되었다. 이것은 확인된 CL의 보고된 수(고-해상도 LC-MS를 이용하여 PC-3 세포로부터 24개 및 쥐 간으로부터 28개)와 비교하여 현저히 개선된 결과이다. CL 검출에서의 향상은 소수성 증가로 인해 메틸화된 CL 분자의 이온화 향상에 기인하는 것으로 생각된다. 또한, 그렇지 않으면 어려웠던, 온전한 CL에서 4개의 아실 체인 위치의 결정은 메틸레이션 후 각 쌍의 아실 체인, 즉 (16:0,16:1),(18:1,18:1)-CL 및 (16:1,18:1),(16:0,18:1)-CL에 대해 얻어졌다. 세포 추출물의 메틸화된 CL의 일련의 CID 스펙트럼에 따르면, 두 아실 체인의 각 세트의 분자 구조는 분획 이온([R1CO2CH2(R2CO2)CHCH2]+)의 MS3 실험에서 명확하게 구별될 수 있고, 메틸화된 카디오리핀 분자의 암모늄 부가체의 MS2 실험으로부터 쉽게 얻어졌다. 우리가 아는 한, 이것은 양이온 모드에서 CL의 각 글리세롤 분자에 있는 아실 체인 세트 위치의 확인을 증명하는 첫 번째 보고이다. ILM-기반 정량의 평가를 위해, 측정된 D/H 값을 종래 정량 방법에서 얻은 값과 비교하였으며, 종래 방법에서는 (D-알로오스의 처리가 있거나 없는) 온전한 PL 추출물을 개별적으로 분석하였고 각 종의 양은 각 헤드기에 특정적인 내부 표준물질(IS) 대비 보정된 피크 면적으로 측정하였다. 두 정량 방법의 비교는 스튜던트 테스트에 의해 이성질체 체인 구조를 포함하지 않은 4개 PG, 4개 PS, 10개 PA 및 8개 CL에 대해 수행하였는데, 그 이유는 ILM-기반 정량이 아실 체인에서 탄소 및 이중 결합의 전체 수에 의존하고, 반면에 종래 정량 방법은 개별 이성질체 분자에 의존하기 때문이다. 두 방법으로부터 계산된 p-값은 18:1/18:1-PS를 제외하고 모든 샘플에서 0.05보다 큰 것으로 밝혀졌는데, 이는 ILM-기반 정량 방법이 종래 방법과 통계적으로 다르지 않음을 나타낸다.A total of 112 species were identified (1 LPG, 33 PG, 1 LPS, 14 PS, 2 LPA, 18 PA and 43 CL). Since SRM does not distinguish the isomeric structure of the acyl chains, except PA molecules, the quantification was performed on 83 PLs. Of the 112 species, only 8 PA and 25 CL were identified from methylated PL according to the calculated peak area ratio (D / H) for PL species, along with the identified molecular structure of the isomeric form by the CID experiment , Which were not detected in intact PL extracts using the conventional method in negative ion mode and these results indicate that the detection limit was improved when analyzed after methylation of PA and CL. In particular, the identified number of CLs increased to 43 from methylated extracts, but only 18 from the complete PL extracts were identified. This is a significantly improved result compared to the reported number of identified CL (24 from PC-3 cells and 28 from the liver using high-resolution LC-MS). The improvement in CL detection is believed to be due to the increased ionization of methylated CL molecules due to increased hydrophobicity. Also, the determination of the four acylchain positions in the intact CL, which was otherwise difficult, was followed by the addition of each pair of acyl chains, (16: 0,16: 1), (18: 1, 18: 1) -CL and 16: 1, 18: 1), (16: 0, 18: 1) -CL. According to a series of CID spectra of methylated CL of cell extracts, the molecular structure of each set of two acyl chains is shown in the MS 3 experiment of the fraction ion ([R 1 CO 2 CH 2 (R 2 CO 2 ) CHCH 2 ] + ) Can be clearly distinguished and was easily obtained from the MS 2 experiment of ammonium adducts of methylated cardiolipin molecules. As far as we know, this is the first report to demonstrate the confirmation of the position of the acyl chain in each glycerol molecule of CL in cationic mode. For the evaluation of the ILM-based quantitation, the measured D / H values were compared with the values obtained by the conventional quantitation method. In the conventional method, the intact PL extracts (with or without D-allose treatment) Was measured with a calibrated peak area relative to an internal standard (IS) specific to each head. Comparisons of the two quantitation methods were performed on 4 PGs, 4 PSs, 10 PAs, and 8 CLs that did not contain the isomer chain structure by the Student's test because the ILM- Depends on the total number of double bonds, whereas conventional quantitation methods depend on individual isomeric molecules. The p-value calculated from the two methods was found to be greater than 0.05 in all samples except 18: 1/18: 1-PS, indicating that the ILM-based quantitation method is not statistically different from the conventional method.

다른 결과에 따르면, D-알로오스로 처리시, 대부분의 PS, PA 및 CL 종은 감소한 반면에, 일부 PG는 증가하였다. D/H 비율에서 30% 이상의 변화를 나타낸 종이 있었다. PS 및 PA의 양의 감소는 DU145 세포에 대한 D-알로오스의 항-증식성 효과에 기인할 수 있었고, 미토콘드리아-매개된 세포사멸 경로의 결과일 수 있다. PA 및 CL의 감소 경향과 PG의 레벨 증가는 CL이 시티딘 디포스페이트(CDP) 디아실글리세롤의 존재 하에서 CL 생성효소에 의해 PG로부터 합성되고, 전구체로서 시티딘 트리포스페이트(CTP)를 이용하여 PA 시티딜릴-전이효소에 의해 PA로부터 형성된다는 사실에 의해 설명될 수 있었다. 따라서, D-알로오스 처리 후 PA 양의 현저한 감소(16:0-LPA를 제외하고 모든 19개 PA에 대해 2~3배)는 PG의 CL로의 전환을 억제한 결과로 볼 수 있다.Other results indicate that, upon treatment with D-allose, most PS, PA and CL species decreased, while some PGs increased. There was a paper showing a change of more than 30% in D / H ratio. Reduced amounts of PS and PA could be attributed to the anti-proliferative effect of D-allose on DU145 cells and may be the result of mitochondria-mediated cell death pathways. The decreasing tendency of PA and CL and the increase in the level of PG are synthesized from PG by CL-producing enzyme in the presence of CL cytidine diphosphate (CDP) diacylglycerol and by using cytidine triphosphate (CTP) as a precursor, PA Cystyllyl-transferase was formed from PA by the enzyme. Thus, a marked reduction in PA amount after D-allose treatment (2 to 3 times for all 19 PAs except 16: 0-LPA) can be seen as a result of inhibiting the conversion of PG to CL.

3. 결론3. Conclusion

본 실시예에서는 ILM-기반 정량 방법의 능력을 최적화된 이온화 매개체인 5 mM AF를 이용하여 양이온 모드에서 평가하였다. 이 방법은 ESI의 효율을 개선하고 PL의 소수성을 증가시킴으로써, 머무름시간을 길게 하였다. H-및 D-메틸화된 지질의 변경된 머무름시간은 거의 동일하였고, 이는 2개의 다른 샘플의 혼합물로부터 PL이 내부 표준물질 없이 동시에 분석될 수 있음을 증명한다. 메틸레이션 효율은 산성조건에서 LPI(~92.4%)를 제외하고 대부분의 PL에서 96%보다 높았다. H-및 D-메틸화된 PL 사이에서 6.6% 미만의 에러 값을 갖는 좋은 선형 관계가 관측되었다. ILM-기반 정량 방법은 모든 종류의 PL에서 내부 표준물질을 이용하는 종래방법과 비교하였고, 18:1/18:1-PS를 제외하고 모든 종류의 지질에 대해 0.05보다 컸던, 스튜던트 테스트의 p-값에 근거하여, 동일하게 효과적인 것으로 밝혀졌다. ILM-기반 방법의 두드러진 이점은 온전한 PL 추출물로부터 검출되지 않았던 추가적인 PL(8개 PA 및 25개 CL)의 검출, 메틸화된 CL의 검출 능력 증가에 의한 CL 분석 개선, 4개 아실 체인의 위치가 구별 가능한 점이다. CL이 미토콘드리아에서 특정적으로 발견됨에 따라 ILM-기반 정량 방법은 특히 미토콘드리아-관련 질환의 지질체학적 분석에 적용될 수 있다. 현재의 방법은 PC 및 PE에 대해 적용되지 않았지만, C13 레이블링된 TMSD의 이용 결과, 메틸화된 PE는 동일한 아실 체인 구조를 갖는 온전한 PC보다 3 Da 큰 m/z 값을 가졌는데, 그 이유는 PE의 메틸레이션이 1차 아민에서의 3개의 메틸레이션 또는 1차 아민에서의 2개의 메틸레이션과 인산기에서의 메틸레이션의 조합으로 만들어질 수 있는 것으로 알려졌기 때문이다.In this example, the ability of the ILM-based quantification method was evaluated in cationic mode using an optimized ionization medium, 5 mM AF. This method improves the efficiency of the ESI and increases the hydrophobicity of the PL, thereby prolonging the retention time. The modified retention times of the H- and D-methylated lipids were approximately the same, demonstrating that PL can be analyzed simultaneously without internal reference material from a mixture of two different samples. The methylation efficiency was higher than 96% in most PL except for LPI (~ 92.4%) under acidic conditions. A good linear relationship was observed between H- and D-methylated PL with an error value of less than 6.6%. The ILM-based quantitation method was compared to the conventional method using internal standards in all kinds of PLs and the p-value of the Student's test, which was greater than 0.05 for all kinds of lipids except 18: 1/18: 1-PS , It was found to be equally effective. The prominent advantages of the ILM-based method include the detection of additional PLs (8 PAs and 25 CLs) that were not detected from intact PL extracts, improved CL analysis by increasing the detection capacity of methylated CLs, It is possible. As CL is specifically found in mitochondria, ILM-based quantitation methods can be applied, in particular, to geochronological analysis of mitochondrial-related diseases. The current method was not applied to PC and PE, but as a result of using C 13 labeled TMSD, the methylated PE had an m / z value of 3 Da greater than the intact PC with the same acyl chain structure because PE Is known to be made by a combination of three methylations in the primary amine or two methylations in the primary amine and methylation in the phosphate group.

Claims (10)

생체 내 지질을 추출하는 추출 단계;
추출된 지질에 동위원소가 치환된 알킬기를 도입하는 알킬레이션 단계; 및
액체크로마토그래피-전기분무이온화-질량분석기 시스템을 이용하여 알킬화된 지질을 분석하는 분석 단계를 포함하는 생체 내 지질 분석방법.
An extraction step of extracting lipids in vivo;
An alkylation step of introducing an iso-substituted alkyl group into the extracted lipid; And
An in vivo lipid assay method comprising an analytical step of analyzing alkylated lipids using a liquid chromatography-electrospray ionization-mass spectrometer system.
제1항에 있어서,
동위원소는 중수소인 것을 특징으로 하는 생체 내 지질 분석방법.
The method according to claim 1,
Wherein the isotope is deuterium.
제1항에 있어서,
알킬레이션은 메틸레이션인 것을 특징으로 하는 생체 내 지질 분석방법.
The method according to claim 1,
Wherein the alkylation is methylation.
제1항에 있어서,
지질은 인지질인 것을 특징으로 하는 생체 내 지질 분석방법.
The method according to claim 1,
Wherein the lipid is a phospholipid.
제4항에 있어서,
지질의 인산기에 메틸레이션이 이루어지는 것을 특징으로 하는 생체 내 지질 분석방법.
5. The method of claim 4,
A method for analyzing lipid in living body, wherein methylation is carried out on the phosphate group of the lipid.
제1항에 있어서,
추출 단계 및 알킬레이션 단계에서 MEOD, DCl 및 D2O 중 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 생체 내 지질 분석방법.
The method according to claim 1,
Wherein at least one of MEOD, DCI and D 2 O is used in the extraction step and the alkylation step.
제1항에 있어서,
분석 단계에서 이온화 매개체를 포함하는 이동상을 이용하는 것을 특징으로 하는 생체 내 지질 분석방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that in the analysis step a mobile phase comprising an ionization mediator is used.
제7항에 있어서,
이온화 매개체는 포름산 암모늄, 수산화 암모늄, 아세트산 암모늄 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 생체 내 지질 분석방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the ionization medium is at least one selected from the group consisting of ammonium formate, ammonium hydroxide, and ammonium acetate.
제1항에 있어서,
액체크로마토그래피-전기분무이온화-질량분석기 시스템은 펌프; 분석칼럼; 밸브; 금속 와이어; 상기 펌프, 분석칼럼, 밸브 및 금속 와이어와 각각 연결된 마이크로크로스; 및 밸브에 연결된 압력 모세관을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 내 지질 분석방법.
The method according to claim 1,
Liquid chromatography-electrospray ionization-mass spectrometer system comprises a pump; Analytical column; valve; Metal wire; A microcross connected to the pump, the analysis column, the valve and the metal wire, respectively; And a pressure capillary connected to the valve.
제9항에 있어서,
분석 단계에서 지질의 용리 시에 압력 모세관을 조절하여 이동상이 분석칼럼과 질량분석기 방향으로 300 내지 500 nL/min의 속도로 흘러가게 하는 것을 특징으로 하는 생체 내 지질 분석방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the pressure capillary is controlled during the elution of the lipids in the analysis step, and the mobile phase is flowed at a rate of 300 to 500 nL / min toward the analysis column and the mass spectrometer.
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