Indirect hydrogen analysis by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS).

Gas chromatography (GC) is an analytical tool very useful to investigate the composition of gaseous mixtures. The different gases are separated by specific columns but, if hydrogen (H2 ) is present in the sample, its detection can be performed by a thermal conductivity detector or a helium ionization detector. Indeed, coupled to GC, no other detector can perform this detection except the expensive atomic emission detector. Based on the detection and analysis of H2 isotopes by low-pressure chemical ionization mass spectrometry (MS), a new method for H2 detection by GC coupled to MS with an electron ionization ion source and a quadrupole analyser is presented. The presence of H2 in a gaseous mixture could easily be put in evidence by the monitoring of the molecular ion of the protonated carrier gas. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.

Fast screening and confirmation of doping agents by UHPLC-QTOF-MS/MS

Introduction: The general strategy to perform anti-doping analysis starts with a screening followed by a confirmatory step when a sample is suspected to be positive. The screening step should be fast, generic and able to highlight any sample that may contain a prohibited substance by avoiding false negative and reducing false positive results. The confirmatory step is a dedicated procedure comprising a selective sample preparation and detection mode. Aim: The purpose of the study is to develop rapid screening and selective confirmatory strategies to detect and identify 103 doping agents in urine. Methods: For the screening, urine samples were simply diluted by a factor 2 with ultra-pure water and directly injected ("dilute and shoot") in the ultrahigh- pressure liquid chromatography (UHPLC). The UHPLC separation was performed in two gradients (ESI positive and negative) from 5/95 to 95/5% of MeCN/Water containing 0.1% formic acid. The gradient analysis time is 9 min including 3 min reequilibration. Analytes detection was performed in full scan mode on a quadrupole time-of-flight (QTOF) mass spectrometer by acquiring the exact mass of the protonated (ESI positive) or deprotonated (ESI negative) molecular ion. For the confirmatory analysis, urine samples were extracted on SPE 96-well plate with mixed-mode cation (MCX) for basic and neutral compounds or anion exchange (MAX) sorbents for acidic molecules. The analytes were eluted in 3 min (including 1.5 min reequilibration) with a S1-25 Ann Toxicol Anal. 2009; 21(S1) Abstracts gradient from 5/95 to 95/5% of MeCN/Water containing 0.1% formic acid. Analytes confirmation was performed in MS and MS/MS mode on a QTOF mass spectrometer. Results: In the screening and confirmatory analysis, basic and neutral analytes were analysed in the positive ESI mode, whereas acidic compounds were analysed in the negative mode. The analyte identification was based on retention time (tR) and exact mass measurement. "Dilute and shoot" was used as a generic sample treatment in the screening procedure, but matrix effect (e.g., ion suppression) cannot be avoided. However, the sensitivity was sufficient for all analytes to reach the minimal required performance limit (MRPL) required by the World Anti Doping Agency (WADA). To avoid time-consuming confirmatory analysis of false positive samples, a pre-confirmatory step was added. It consists of the sample re-injection, the acquisition of MS/MS spectra and the comparison to reference material. For the confirmatory analysis, urine samples were extracted by SPE allowing a pre-concentration of the analyte. A fast chromatographic separation was developed as a single analyte has to be confirmed. A dedicated QTOF-MS and MS/MS acquisition was performed to acquire within the same run a parallel scanning of two functions. Low collision energy was applied in the first channel to obtain the protonated molecular ion (QTOF-MS), while dedicated collision energy was set in the second channel to obtain fragmented ions (QTOF-MS/MS). Enough identification points were obtained to compare the spectra with reference material and negative urine sample. Finally, the entire process was validated and matrix effects quantified. Conclusion: Thanks to the coupling of UHPLC with the QTOF mass spectrometer, high tR repeatability, sensitivity, mass accuracy and mass resolution over a broad mass range were obtained. The method was sensitive, robust and reliable enough to detect and identify doping agents in urine. Keywords: screening, confirmatory analysis, UHPLC, QTOF, doping agents

Constitutively active mutants of the alpha 1B-adrenergic receptor: role of highly conserved polar amino acids in receptor activation.

Site-directed mutagenesis and molecular dynamics simulations of the alpha 1B-adrenergic receptor (AR) were combined to explore the potential molecular changes correlated with the transition from R (inactive state) to R (active state). Using molecular dynamics analysis we compared the structural/dynamic features of constitutively active mutants with those of the wild type and of an inactive alpha 1B-AR to build a theoretical model which defines the essential features of R and R. The results of site-directed mutagenesis were in striking agreement with the predictions of the model supporting the following hypothesis. (i) The equilibrium between R and R depends on the equilibrium between the deprotonated and protonated forms, respectively, of D142 of the DRY motif. In fact, replacement of D142 with alanine confers high constitutive activity to the alpha 1B-AR. (ii) The shift of R143 of the DRY sequence out of a conserved 'polar pocket' formed by N63, D91, N344 and Y348 is a feature common to all the active structures, suggesting that the role of R143 is fundamental for mediating receptor activation. Disruption of these intramolecular interactions by replacing N63 with alanine constitutively activates the alpha 1B-AR. Our findings might provide interesting generalities about the activation process of G protein-coupled receptors.

A genetic and biochemical investigation of malondialdehyde production and turnover in Arabidopsis

Malondialdehyde (MDA) is a small reactive molecule which occurs ubiqui¬tous among eukaryotes. Interest in this molecule stems from the fact that it can be highly reactive. In green tissues of plants it is apparently formed pre¬dominantly by reactive oxygen species (ROS)-mediated non-enzymatic oxi¬dation (nLPO) of triunsaturated fatty acids (TFAs). MDA which is formed by nLPO is widely used as a disease marker and is regarded to be a cel-lular toxin. Surprisingly, sites of ROS production like mitochondria and chloroplasts possess membranes which are enriched in nLPO-prone polyun¬saturated fatty acids (PUFAs). In this work we showed that chloroplasts are the major site of MDA production in leaves of adult Arabidopsis thaliana plants, whereas analyses in seedlings revealed accumulation in meristematic tissues like the root tip, lateral roots and the apical meristem region. Char-acterizing the MDA pools in more detail, we could show that MDA in plants was predominantly present in a free, non-reactive enolate form. This might explain why it is tolerated in sites where its protonated form could poten¬tially damage the genome and proteome. Analyzing the biological fate of MDA in leaves using labeled MDA-isotopes. we were able to show that MDA is metabolized and used to assemble lipids. The major end-point metabolite was identified as 18:3-16:3-monqgalactosyldiacylglycerol (MGDG), which is the most abundant lipid in chloroplasts. We hypothesize that PUFAs in sites of ROS production, like at PS II in chloroplasts, might act as buffers pre¬venting damage of proteins, thereby generating molecules such as MDA. The MDA produced in this way appears predominantly in a non-reactive enolate form in the cell until it fulfills a biological function or until it is metabo¬lized in order to assemble polyunsaturated MGDGs. Additionally, nLPO has been reported to increase in pathogenesis and we challenged seedlings and adult plants with necrotrophic fungi. Monitoring MDA during the in¬fections, we found MDA pools in seedlings were highly inducible although they were tightly controlled in the leaves of adult plants. - Malondialdehyde (MDA) est une petite molecule réactive présente de manière ubiquitaire dans les eucaryotes. L'intérêt de cette molécule vient du fait que celle-ci pourrait être très réactive. Dans les tissus verts des plantes, la majorité du MDA est apparement formée par l'oxydation non-enzymatique (nLPO) des acides gras polyinsaturés (PUFAs) transmis par des espèces ac¬tives d'oxygène (ROS). Le MDA formé par nLPO est souvent utilisé comme marqueur de maladies et il est considéré comme une toxine cellulaire. Etonnament, les sites de production comme les mitochondries et les chloro- plastes sont riches en PUFAs qui sont sensibles à la nLPO. Dans cette thèse nous montrons que les chloroplastes répresentent le site de production de MDA dans les feuilles adultes d'Arabidopsis thaliana. Les analyses de MDA dans les plantules ont révélé que le MDA s'accumule dans les tissus meris- tematiques comme celles de la pointe de la racine, des racines latéralles et du meristème apical. Par la caractérisation du MDA présent nous avons pu montrer que la majorité du MDA était présent sous la forme d'un énolate non-réactif. Ceci pourrait expliquer pourquoi le MDA est toléré dans les sites où il pourrait casser le genome ou le protéome s'il est présent sous sa forme protonée. Les analyses du devenir du MDA dans les feuilles par des isotopes du MDA ont montré que celui-ci est metabolisé et utilisé pour assembler des lipides. Le lipide majoritairement métabolisé a été identifié comme étant le 18:3-16:3-monogalactosyldiacylglycerole (MGDG); le lipide le plus abondant dans les chloroplastes. Nous supposons que la présence des PUFAs dans les sites de production du ROS, tout comme le PS II dans les chloroplastes, pourrait jouer un rôle de tampon pour prevenir les protéines de différentes dégradations et ainsi générer des molécules telle que le MDA. La majorité du MDA produit par cette réaction est présente dans la cellule sous la forme d'énolate non-réactif, jusqu'au moment de son utilisation ou lorsqu'il serra metabolisé pour produire des MGDGs polyinsaturés. De plus, il a été décrit que nLPO pourait augmenter dans la pathogenèse, et nous avons testé des plantes adultes et des plantules en présence de champignons nécrotrophiques. L'observation du MDA pendant les infections a montré que les concentrations en MDA sont fortement induites dans les plantules mais contrôlées dans les plantes adultes.

Distribution profile of zwitterions and hydrolysis of esters derived from N-benzylpiperazine

Résumé Les esters sont des agents thérapeutiques largement utilisés comme médicaments et prodrogues. Leurs dégradation est chimique et enzymatique. Le Chapitre IV de cette thèse a comme objet l'hydrolyse chimique de plusieurs dérivés esters du 2,3-dimethoxyphenol. Des composés modèles ont été synthétisés dans le but de déterminer leur mécanismes de dégradation. Les profils d'ionisation et d'hydrolyse de ces composés ont permis d'identifier la présence d'une catalyse intramoléculaire basique par un atome d'azote non-protoné. Les effets électroniques exercés par les groupes phenylethenyle et phenylcyclopropyle influencent également la vitesse d'hydrolyse des esters. La résolution des problèmes liés à l'adsorption et la perméation est devenue à nos jours l'étape limitante dans la conception de nouveaux médicaments car de trop nombreux candidats prometteurs ont échoué à cause d'une mauvaise biodisponibilité. La lipophilie décrit le partage d'un médicament entre une membrane lipidique et son environnement physiologique aqueux, et de ce fait elle influence sa pharmacocinétique. Des études récents ont mis en évidence l'importance de la détermination de la lipophilie des espèces ionisées vu leur considérable impact biologique. Le Chapitre V de cette thèse est centré sur une classe particulière de composés ionisables, les zwitterions. Plusieurs methoxybenzylpiperazines de nature zwitterionique ont été étudiées. Leurs profils d'ionisation ont montré que dans un large intervalle de pH, l'espèce prédominante est le zwitterion. Les profils de lipophilie ont montré que leur lipophilie est plus élevée que celles des zwitterions courants. Une interaction électrostatique entre l'oxygène du carboxylate et l'azote protoné est responsable de ce profil et rend la plupart des zwitterions non-donneurs de liaison hydrogène. Ces deux aspects peuvent favoriser le passage de la barrière hémato-éncephalique. Les données biologiques ont par la suite confirmé cette hypothèse pour un certain nombre de composés. Résumé large public Les esters sont des composés souvent rencontrés en chimie thérapeutique. Ils sont dégradés en milieu aqueux par une réaction d'hydrolyse, avec ou sans la participation d'enzymes. Dans ce travail de thèse, une série d'esters ont été étudiés dans le but d'établir une relation entre leur structure et les mécanismes responsables de leur dégradation chimique. Il a été prouvé que la dégradation est accélérée par un atome d'azote non-protoné. D'autres mécanismes peuvent intervenir en fonction du pH du milieu. La présence d'une liaison simple ou double ou d'un groupe phenylcyclopropyle peut également influencer la vitesse de dégradation. Il est essentiel, dans la conception de nouveaux médicaments, d'optimiser les étapes qui influencent leur distribution dans le corps. Ce dernier peut être visualisé comme une série infinie de compartiments aqueux séparés par des membranes lipidiques. La lipophilie est une propriété moléculaire importante qui décrit le passage des barrières rencontrées par les médicaments. Des études récentes ont mis en évidence l'importance de déterminer la lipophilie des espèces ionisées vu leur considérable impact biologique. Dans ce travail de thèse a été étudiée une série particulière de composés ionisables , les zwitterions. Une relation a été établie entre leur structure et leur proprietés physico-chimiques. Une lipophilie plus élevée par rapport à celle des zwitterions courants a été trouvée. Une interaction entre les groupes chargés des zwitterions étudiés est responsable de ce comportement inattendu et rend la plupart d'entre eux non-donneurs de liaison hydrogène. Ces deux facteurs peuvent favoriser la pénétration cérébrale. Les données biologiques ont confirmé cette hypothèse pour un certain nombre de composés. Summary Esters are often encountered in medicinal chemistry. Their hydrolysis may be chemical as well as enzymatic. Chapter IV of this manuscript provides a mechanistic insight into the chemical hydrolysis of a particular series of basic esters derived from 2,3-dimethoxyphenol. Their ionization and pH-rate profiles allowed to identify the presence of an intramolecular base catalysis by a non-protonated nitrogen atom. Electronic effects exerted by the phenylethenyl and phenylcyclopropyl groups that are present in the structure of the esters also influenced their rate of hydrolysis. Numerous works in the literature witness of the importance of lipophilicity in determining the fate of a drug. Most published partition coefficients are those of neutral species. In contrast, no exhaustive treatment of the lipophilicity of charged molecules is available at present, and a lack of information characterizes in particular zwitterions. Chapter V of this manuscript provides an insight into the physicochemical parameters of a series of zwitterionic methoxybenzylpiperazines. Their ionization profiles showed that they exist predominantly in the zwitterionic form in a broad pH-range. An electrostatic interaction between the oxygen of the carboxylate and the protonated nitrogen atom is increases the lipophilicity of the investigated zwitterions, and prevents the majority of them to express their hydrogen-bonding capacity. These two aspects may favor the crossing of the blood-brain barrier. The available ratios PSt/PSf measured in vitro have confirmed this point for a number of compounds.