Bestimmung der Doppelbindungspositionen in komplexen Lipiden mittels massenspektrometrischer Kopplungstechniken
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Strukturaufklärung komplexer Lipide, wie sie beispielsweise Phospho- oder Glycolipide darstellen, hat insbesondere durch den Einsatz der Kopplung aus Flüssigchromatographie und Massenspektrometrie (LC-MS) in den letzten Jahren große Fortschritte erfahren. Jedoch ist die Bestimmung der Doppelbindungsposition (DB-Position) weiterhin schwierig, insbesondere in biologischen Proben mit einer Vielzahl an diversen Lipiden, da durch die gängigen LC-MS/MS-Techniken diese wichtige Strukturinformation nicht erhalten wird. Daher wurden in dem Projekt LC-MS/MS-basierte Verfahren entwickelt, um diese Lücke zu schließen. Die gebräuchlichste Fragmentierungstechnik der stoßinduzierten Fragmentierung liefert keine charakteristischen Fragmente, die die Bestimmung der DB-Positionen zulassen, da in komplexen Lipiden vorzugsweise andere Bindungen gebrochen werden. Aus diesem Grunde wurde in dem Projekt die DB durch Funktionalisierung derartig aktiviert, sodass charakteristische MS/MS-Fragmente erhalten werden konnten. Die Umsetzung der Lipid-DB wurde nach der chromatographischen Trennung als sog. Nachsäulenderivatisierung vor der MS-Detektion etabliert, damit nicht die LC-Trennung der Lipide konterkariert wird. Die online durchgeführte photochemische Paternò Büchi-Funktionalisierungsreaktion mit Aceton im Photoreaktor wurde zunächst anhand von Modellsubstanzen optimiert und wichtige Einflussparameter auf die Reaktionsausbeute herausgearbeitet. Auch die Wahl des Ionisierungsmodus, sowie der Zusatz von Li+ zur Bildung der [M+Li]+-Molekülionen in der Electrospray-Ionisierungsquelle als Vorläuferion für diagnostische Fragmente stelle sich als entscheidend für die Übertragbarkeit auf komplexe Lipidproben heraus. So konnten Diacylglyceroltrimethylhomoserine aus Grünalgen (Chlamydomonas reinhardtii), Sophorolipide aus Hefen (Candida bombicola) und 3-(3-Hydroxyalkanoyloxy)alkanoate aus gramnegativen Bakterien (Pseudomonas putida) erfolgreich inklusive der DB-Position charakterisiert werden. Das alternativ untersuchte Verfahren basierend auf einer plasmabasierten Ionisierung (Dielectric Barrier Discharge Ionization, DBDI) als Quelle für reaktive Spezies zur Reaktion mit den DBs erwies sich als nicht selektiv genug für die Anwendung auf Realproben. Interessanterweise stellte sich aber die Eignung zur effizienten Ionisierung von semifluorierten Alkanen und Alkenen heraus. Neben Einblicken in die Ionisierungsmechanismen mit der Bildung oxidierter Spezies [M-3H+nO]+ und [M-H+nO]+ (mit n = 0, 1, 2, und 3) konnte diese Technik erfolgreich gekoppelt mit der Gaschromatographie zur massenspektrometrischen Bestimmung von semifluorierten Alkanen in Skiwachsproben eingesetzt werden. Insgesamt konnten LC-MS/MS-Methoden zur Strukturaufklärung von Lipiden einschließlich der DB-Position(en) entwickelt werden und die Anwendbarkeit auf komplexe Realproben anhand verschiedener Lipidklassen demonstriert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Localization of lipids’ double bond position by means of post column Paternὸ Büchi derivatization and tandem mass spectrometry, 45th International Symposium on High Performance Liquid Phase Separations and Related Techniques (HPLC), Prag, Tschechische Republik, 2017 (Preis für die beste Posterpräsentation, gestiftet von Agilent Technologies)
V. Jeck, H. Hayen
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Rapid Commun. Mass Spectrom. 32 (2018) 1092-1098.: Screening of semifluorinated n‐alkanes by gas chromatography coupled to dielectric barrier discharge ionization mass spectrometry
S. Hagenhoff, A. Korf, U. Marggraf, S. Brandt, A. Schütz, J. Franzke, H. Hayen
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Zuordnung von Doppelbindungs-Positionen in Lipiden mittels Paternό Büchi-Reaktion und Tandem MS, ANAKON, Tübingen, 2018 (Preis für die beste Posterpräsentation, gestiftet vom Springer Verlag, Analytical and Bioanalytical Chemistry)
V. Jeck, H. Hayen
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Anal. Chem. 91 (2019) 5098-5105: Lipid species annotation at double bond position level with custom databases by extension of the MZmine 2 open-source software package
A. Korf, V. Jeck, R. Schmid. P. O. Helmer, H. Hayen
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Rapid Commun. Mass Spectrom. 33 (S1) (2019) 86-94: Localization of double bond positions in lipids by tandem mass spectrometry succeeding high performance liquid chromatography with post‐column derivatization
V. Jeck, A. Korf, C. Vosse, H. Hayen
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Anal. Bioanal. Chem. 412 (2020) 5601-5613: Double bond localization in unsaturated rhamnolipid precursors 3-(3- hydroxyalkanoyl-oxy)alkanoic acids by liquid chromatography-mass spectrometry applying online Paternò-Büchi reaction
V. Jeck, M. Froning, T. Tiso, L. M. Blank, H. Hayen
