Studies on the components of crude and processed Fructus Corni by ESI-MSn

The components of crude and processed Fructus Corni were investigated by means of electrospray ionization-tandem mass spectrometry(ESI-MSn) technique in the negative ion mode. Compared with those of crude Fructus Corni, the chemical components of the processed Fructus Corni were changed both in quality and in quantity. From the ESI-MS spectra of the crude and processed Fructus Corni, six peaks were selected to establish the characteristic ESI-MS peaks. Several factors in the processing procedure were examined.

Studies on the stability of diester-diterpenoid alkaloids from the genus Aconitum L. by high performance liquid chromatography combined with electrospray ionisation tandem mass spectrometry (HPLC/ESI/MSn)

The stability of diester-diterpenoid alkaloids (DDA) from plants of the genus Aconitum L. has been studied in different solvents and pH buffers. The HPLC/ESIMS method for analysing the concentration of DDA was established and DDA's decomposition products were elucidated by HPLC/ESI-MS/MSn. In different solvents, e.g. dichloromethane, ether, methanol and distilled water, the decomposition pathways of DDA are quite different and their difference in stabilities depends on the difference of their structures, in which substituents at the N atom and substituents at C-3 are different. The pyrolytic products of DDA, such as deacetoxy aconitine-type alkaloids, have been observed in the above solvents, whereas 8-methoxy-14-benzoyl aconitine-type alkaloids have been obtained only in methanol.

Identification of ginsenosides in roots of Panax ginseng by HPLC-APCI/MS

A new HPLC-APCI/MS method for the identification of ginsenosides has been developed. The analyses were performed on a reversed-phase C-18 column using a binary eluent (acetonitrile and water) under gradient conditions. Although APCI is a high-temperature evaporative process, HPLC-APCI/MS could effectively identify thermo-labile ginsenosides. The [M-H](-) ions and the thermal degradation ions of ginsenosides could be clearly observed under negative and positive ion conditions, respectively, and these were used to identify the molecular masses, the aglycone structures and the sugar groups of ginsenosides. APCI/MS can provide more explicit information than ESI/MS for identifying and distinguishing ginsenosides. Using the HPLC-APCI/MS method, 35 ginsenosides were identified in Panax ginseng. Copyright (C) 2005 John Wiley & Sons, Ltd.

Simple method for determination of cocaine and main metabolites in urine by CE coupled to MS

in this work, a simple method for the simultaneous determination of cocaine (COC) and five COC metabolites (benzoylecgonine, cocaethylene (CET), anhydroecgonine, anhydroecgonine methyl ester and ecgonine methyl ester) in human urine using CE coupled to MS via electrospray ionization (CE-ESI-MS) was developed and validated. Formic acid at 1 mol/L concentration was used as electrolyte whereas formic acid at 0.05 mol/L concentration in 1:1 methanol:water composed the coaxial sheath liquid at the ESI nozzle. The developed method presented good linearity in the dynamic range from 250 ng/mL to 5000 ng/mL (coefficient of determination greater than 0.98 for all compounds). LODs (signal-to-noise ratio of 3) were 100 ng/mL for COC and CET and 250 ng/mL for the other studied metabolites whereas LOQ`s (signal-to-noise ratio of 10) were 250 ng/mL for COC and CET and 500 ng/mL for all other compounds. Intra-day precision and recovery tests estimated at three different concentration levels (500, 1500 and 5000 ng/mL) provided RSD lower than 10% (except anhydroecgonine, 18% RSD) and recoveries from 83-109% for all analytes. The method was successfully applied to real cases. For the positive urine samples, the presence of COC and its` metabolites was further confirmed by MS/MS experiments.

Characterization of protein hydrolysates of cosmetic use by CE-MS

Protein hydrolysates have been used as active principles in cosmetic products conferring different properties to the final formulations, which are mostly controlled by the peptide size and its amino acid sequence. In this work, capillary electrophoresis coupled to mass spectrometry analyses were carried out in order to investigate such characteristics of protein hydrolysates. Samples of different origins (milk, soy and rice) were obtained from a local company, and were analyzed without a previous preparation step. The background electrolyte (BGE) and sheath liquid compositions were optimized for each sample. The best BGE composition (860 mmol/L formic acid - pH 1.8 - in 70: 30 v/v water/methanol hydro-organic solvent) was chosen based on the overall peak resolution whereas the best sheath liquid was selected based on increased sensitivity and presented different compositions to each sample (10.9-217 mmol/L formic acid in 75: 25-25: 75 v/v water/methanol hydro-organic solvent). Most of the putative peptides in the hydrolysate samples under investigation presented molecular masses of 1000 Da or less. De novo sequencing was carried out for some of the analytes, revealing the hydrophobicity/polarity of the peptides. Hence, the technique has proved to be an advantageous tool for the quality control of industrial protein hydrolysates.

New chemical evidence for the ability to generate radical molecular ions of polyenes from ESI and HR-MALDI mass spectrometry

We report here new chemical evidence for the generation of radical molecular ions of compounds with a conjugated pi-system (polyene) in ESI and HR-MALDI mass spectrometry. The oxidation potential of the neutral polyenes was calculated by cyclic-voltammetry and the results compared with those previously published for other complex conjugated compounds that have also been shown to form M.+ in ESI-MS. This study clearly demonstrates the correlation between the oxidation potential and the formation of the M.+ for the polyenes studied.

Valor preditivo do potencial de implantação embrionário pela análise do perfil químico de meios de cultivo por espectrometria de massas (ESI-Q-ToF)

Objective: This case-control study analyzed mass spectrometry fingerprinting patterns of culture media samples used for embryo culture to predict embryo implantation. Methods: The culture medium harvested after embryo transfer of 22 embryos from 13 patients was used for the experiments. After embryo transfer, the remaining culture media were collected and samples were split in positive (n=8) and negative (n=14) implantation groups according to implantation outcomes (100% or 0% of implantation). Samples were individually diluted and injected directly to the Electrospray ionization (ESI) MS coupled to a Quadrupole Time-of-flight MS (Q-ToF-MS).Ions relative intensities of each spectrum were considered. Data analysis was conducted in MatLab 7.0 version using Partial Least Squares - Discriminant Analysis toolbox. Results: There were 3027 observed ions at 100% and 0% implantation groups by ESI-Q-ToF-MS. The statistical model could categorize the samples in two clusters, based on their positive and negative implantation outcomes. Less intense ions present in the mass spectra with statistical significance have contributed to the major differences to group distinction. Conclusions: Positive and negative implantation embryos showed a specific biochemical pattern present in culture media, which could be detected as a fast, simple and non-invasive way. This biochemical profile could help the selection of the most viable embryo, improving single embryo transfer and thus eliminating the risk and undesirable outcomes of multiple pregnancies. © Todos os direitos reservados a SBRA - Sociedade Brasileira de Reprodução Assistida.

Experimental NMR and MS study of benzoylguanidines. Investigation of E/Z isomerism

Molecules containing the guanidinic nuclei possess several pharmacological applications, and knowing the preferred isomers of a potential drug is important to understand the way it operates pharmacologically. Benzoylguanidines were synthesized in satisfactory to good yields and characterized by NMR, Electrospray Ionization Mass Spectrometry (ESI-MS) and Fourrier Transform InfraRed Spectroscopy techniques (FTIR). E/Z isomerism of the guanidines was studied and confirmed by NMR analysis in solution (1H-13C Heteronuclear Single Quantum Coherence (HSQC) and Heteronuclear Multiple-Bond Correlation (HMBC), 1H-15N HMBC, 1H- 1H Correlation Spectroscopy (COSY) and Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy (NOESY) experiments) at low temperatures. Compounds with p-Cl and p-Br aniline moiety exist mainly as Z isomer with a small proportion of E isomer, whereas compounds with p-NO2 moiety showed a decrease in proportion of isomer Z. The results are important for the application of these molecules as enzymatic inhibitors. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.

LC-MS/MS quantitative determination of tetrapterys mucronata alkaloids, a plant occasionally used in ayahuasca preparation

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Caratterizzazione mediante HPLC-MS di modifiche post-trasduzionali di proteine istoniche

Gli istoni sono proteine basiche che possono essere classificate in varie classi: H1, H2A, H2B, H3 e H4. Queste proteine formano l’ottamero proteico attorno al quale si avvolge il DNA per formare il nucleosoma che è l’unità fondamentale della cromatina. A livello delle code N-terminali, gli istoni possono essere soggetti a numerose modifiche posttraduzionali quali acetilazioni, metilazioni, fosforilazioni, ADP-ribosilazioni e ubiquitinazioni. Queste modifiche portano alla formazione di diversi siti di riconoscimento per diversi complessi enzimatici coinvolti in importanti processi come la riparazione e la replicazione del DNA e l’assemblaggio della cromatina. La più importante e la più studiata di queste modifiche è l’acetilazione che avviene a livello dei residui amminici della catena laterale dell’amminoacido lisina. I livelli corretti di acetilazione delle proteine istoniche sono mantenuti dall’attività combinata di due enzimi: istone acetil transferasi (HAT) e istone deacetilasi (HDAC). Gli enzimi appartenenti a questa famiglia possono essere suddivisi in varie classi a seconda delle loro diverse caratteristiche, quali la localizzazione cellulare, la dimensione, l’omologia strutturale e il meccanismo d’azione. Recentemente è stato osservato che livelli aberranti di HDAC sono coinvolti nella carcinogenesi; per questo motivo numerosi gruppi di ricerca sono interessati alla progettazione e alla sintesi di composti che siano in grado di inibire questa classe enzimatica. L’inibizione delle HDAC può infatti provocare arresto della crescita cellulare, apoptosi o morte cellulare. Per questo motivo la ricerca farmaceutica in campo antitumorale è mirata alla sintesi di inibitori selettivi verso le diverse classi di HDAC per sviluppare farmaci meno tossici e per cercare di comprendere con maggiore chiarezza il ruolo biologico di questi enzimi. Il potenziale antitumorale degli inibitori delle HDAC deriva infatti dalla loro capacità di interferire con diversi processi cellulari, generalmente non più controllati nelle cellule neoplastiche. Nella maggior parte dei casi l’attività antitumorale risiede nella capacità di attivare programmi di differenziamento, di inibire la progressione del ciclo cellulare e di indurre apoptosi. Inoltre sembra essere molto importante anche la capacità di attivare la risposta immunitaria e l’inibizione dell’angiogenesi. Gli inibitori delle HDAC possono essere a loro volta classificati in base alla struttura chimica, alla loro origine (naturale o sintetica), e alla loro capacità di inibire selettivamente le HDAC appartenenti a classi diverse. Non è ancora chiaro se la selettività di queste molecole verso una specifica classe di HDAC sia importante per ottenere un effetto antitumorale, ma sicuramente inibitori selettivi possono essere molto utili per investigare e chiarire il ruolo delle HDAC nei processi cellulari che portano all’insorgenza del tumore. Nel primo capitolo di questa tesi quindi è riportata un’introduzione sull’importanza delle proteine istoniche non solo da un punto di vista strutturale ma anche funzionale per il destino cellulare. Nel secondo capitolo è riportato lo stato dell’arte dell’analisi delle proteine istoniche che comprende sia i metodi tradizionali come il microsequenziamento e l’utilizzo di anticorpi, sia metodi più innovativi (RP-LC, HILIC, HPCE) ideati per poter essere accoppiati ad analisi mediante spettrometria di massa. Questa tecnica consente infatti di ottenere importanti e precise informazioni che possono aiutare sia a identificare gli istoni come proteine che a individuare i siti coinvolti nelle modifiche post-traduzionali. Nel capitolo 3 è riportata la prima parte del lavoro sperimentale di questa tesi volto alla caratterizzazione delle proteine istoniche mediante tecniche cromatografiche accoppiate alla spettrometria di massa. Nella prima fase del lavoro è stato messo a punto un nuovo metodo cromatografico HPLC che ha consentito di ottenere una buona separazione, alla linea di base, delle otto classi istoniche (H1-1, H1-2, H2A-1, H2A-2, H2B, H3-1, H3-2 e H4). La separazione HPLC delle proteine istoniche ha permesso di poter eseguire analisi accurate di spettrometria di massa mediante accoppiamento con un analizzatore a trappola ionica tramite la sorgente electrospray (ESI). E’ stato così possibile identificare e quantificare tutte le isoforme istoniche, che differiscono per il tipo e il numero di modifiche post-traduzionali alle quali sono soggette, previa estrazione da colture cellulari di HT29 (cancro del colon). Un’analisi così dettagliata delle isoforme non può essere ottenuta con i metodi immunologici e permette di eseguire un’indagine molto accurata delle modifiche delle proteine istoniche correlandole ai diversi stadi della progressione del ciclo e alla morte cellulare. Il metodo messo a punto è stato convalidato mediante analisi comparative che prevedono la stessa separazione cromatografica ma accoppiata a uno spettrometro di massa avente sorgente ESI e analizzatore Q-TOF, dotato di maggiore sensibilità e risoluzione. Successivamente, per identificare quali sono gli specifici amminoacidi coinvolti nelle diverse modifiche post-traduzionali, l’istone H4 è stato sottoposto a digestione enzimatica e successiva analisi mediante tecniche MALDI-TOF e LC-ESI-MSMS. Queste analisi hanno permesso di identificare le specifiche lisine acetilate della coda N-terminale e la sequenza temporale di acetilazione delle lisine stesse. Nel quarto capitolo sono invece riportati gli studi di inibizione, mirati a caratterizzare le modifiche a carico delle proteine istoniche indotte da inibitori delle HDAC, dotati di diverso profilo di potenza e selettività. Dapprima Il metodo messo a punto per l’analisi delle proteine istoniche è stato applicato all’analisi di istoni estratti da cellule HT29 trattate con due noti inibitori delle HDAC, valproato e butirrato, somministrati alle cellule a dosi diverse, che corrispondono alle dosi con cui sono stati testati in vivo, per convalidare il metodo per studi di inibizione di composti incogniti. Successivamente, lo studio è proseguito con lo scopo di evidenziare effetti legati alla diversa potenza e selettività degli inibitori. Le cellule sono state trattate con due inibitori più potenti, SAHA e MS275, alla stessa concentrazione. In entrambi i casi il metodo messo a punto ha permesso di evidenziare l’aumento dei livelli di acetilazione indotto dal trattamento con gli inibitori; ha inoltre messo in luce differenti livelli di acetilazione. Ad esempio il SAHA, potente inibitore di tutte le classi di HDAC, ha prodotto un’estesa iperacetilazione di tutte le proteine istoniche, mentre MS275 selettivo per la classe I di HDAC, ha prodotto modifiche molto più blande. E’ stato quindi deciso di applicare questo metodo per studiare la dose e la tempo-dipendenza dell’effetto di quattro diversi inibitori delle HDAC (SAHA, MS275, MC1855 e MC1568) sulle modifiche post-traduzionali di istoni estratti da cellule HT29. Questi inibitori differiscono oltre che per la struttura chimica anche per il profilo di selettività nei confronti delle HDAC appartenenti alle diverse classi. Sono stati condotti quindi studi di dose-dipendenza che hanno consentito di ottenere i valori di IC50 (concentrazione capace di ridurre della metà la quantità relativa dell’istone meno acetilato) caratteristici per ogni inibitore nei confronti di tutte le classi istoniche. E’ stata inoltre calcolata la percentuale massima di inibizione per ogni inibitore. Infine sono stati eseguiti studi di tempo-dipendenza. I risultati ottenuti da questi studi hanno permesso di correlare i livelli di acetilazione delle varie classi istoniche con la selettività d’azione e la struttura chimica degli inibitori somministrati alle cellule. In particolare, SAHA e MC1855, inibitori delle HDAC di classi I e II a struttura idrossamica, hanno causato l’iperacetilazione di tutte le proteine istoniche, mentre MC1568 (inibitore selettivo per HDAC di classe II) ha prodotto l’iperacetilazione solo di H4. Inoltre la potenza e la selettività degli inibitori nel provocare un aumento dei livelli di acetilazione a livello delle distinte classi istoniche è stata correlata al destino biologico della cellula, tramite studi di vitalità cellulare. E’ stato osservato che il SAHA e MC1855, inibitori potenti e non selettivi, somministrati alla coltura HT29 a dose 50 μM producono morte cellulare, mentre MS275 alla stessa dose produce accumulo citostatico in G1/G0. MC1568, invece, non produce effetti significatici sul ciclo cellulare. Questo studio ha perciò dimostrato che l’analisi tramite HPLC-ESI-MS delle proteine istoniche permette di caratterizzare finemente la potenza e la selettività di nuovi composti inibitori delle HDAC, prevedendone l’effetto sul ciclo cellulare. In maggiore dettaglio è risultato che l’iperacetilazione di H4 non è in grado di provocare modifiche significative sul ciclo cellulare. Questo metodo, insieme alle analisi MALDI-TOF e LC-ESI-MSMS che permettono di individuare l’ordine di acetilazione delle lisine della coda N-terminale, potrà fornire importanti informazioni sugli inibitori delle HDAC e potrà essere applicato per delineare la potenza, la selettività e il meccanismo di azione di nuovi potenziali inibitori di questa classe enzimatica in colture cellulari tumorali.

Performance of five different electrospray ionisation sources in conjunction with rapid monolithic column liquid chromatography and fast MS/MS scanning

The performances of five different ESI sources coupled to a polystyrene-divinylbenzene monolithic column were compared in a series of LC-ESI-MS/MS analyses of Escherichia coli outer membrane proteins. The sources selected for comparison included two different modifications of the standard electrospray source, a commercial low-flow sprayer, a stainless steel nanospray needle and a coated glass Picotip. Respective performances were judged on sensitivity and the number and reproducibility of significant protein identifications obtained through the analysis of multiple identical samples. Data quality varied between that of a ground silica capillary, with 160 total protein identifications, the lowest number of high quality peptide hits obtained (3012), and generally peaks of lower intensity; and a stainless steel nanospray needle, which resulted in increased precursor ion abundance, the highest-quality peptide fragmentation spectra (5414) and greatest number of total protein identifications (259) exhibiting the highest MASCOT scores (average increase in score of 27.5% per identified protein). The data presented show that, despite increased variability in comparative ion intensity, the stainless steel nanospray needle provides the highest overall sensitivity. However, the resulting data were less reproducible in terms of proteins identified in complex mixtures -- arguably due to an increased number of high intensity precursor ion candidates.

(Ultra)fast catalyst-free macromolecular conjugation in aqueous environment at ambient temperature

Tailor-made water-soluble macromolecules, including a glycopolymer, obtained by living/controlled RAFT-mediated polymerization are demonstrated to react in water with diene-functionalized poly(ethylene glycol)s without pre- or post-functionalization steps or the need for a catalyst at ambient temperature. As previously observed in organic solvents, hetero-Diels-Alder (HDA) conjugations reached quantitative conversion within minutes when cyclopentadienyl moieties were involved. However, while catalysts and elevated temperatures were previously necessary for open-chain diene conjugation, additive-free HDA cycloadditions occur in water within a few hours at ambient temperature. Experimental evidence for efficient conjugations is provided via unambiguous ESI-MS, UV/vis, NMR, and SEC data.

Identification of bifunctional GA and AG intrastrand crosslinks formed between cisplatin and DNA

A combination of enzymatic digestion and electrospray ionisation mass spectrometry (ESI-MS) was used to characterise bifunctional adducts in which cisplatin is bound to GA base sequences in 8mer and 16mer oligonucleotides that do not contain other, higher affinity binding sites. The extent of formation of bifunctional adducts with GA base sequences was significant, but less than that seen with similar oligonucleotides containing either AG or GG sequences.

Comparison of the binding stoichiometries of positively charged DNA-binding drugs using positive and negative ion electrospray ionization mass spectrometry

Positive and negative ion electrospray ionization (ESI) mass spectra of complexes of positively charged small molecules (distamycin, Hoechst 33258, [Ru(phen)2dpq]Cl2 and [Ru(phen)2dpqC]Cl2) have been compared. [Ru(phen)2dpq]Cl2 and [Ru(phen)2dpqC]Cl2 bind to DNA by intercalation. Negative ion ESI mass spectra of mixtures of [Ru(phen)2dpq]Cl2 or [Ru(phen)2dpqC]Cl2 with DNA showed ions from DNA-ligand complexes consistent with solution studies. In contrast, only ions from freeDNAwere present in positive ion ESI mass spectra of mixtures of [Ru(phen)2dpq]Cl2 or [Ru(phen)2dpqC]Cl2 with DNA, highlighting the need for obtaining ESI mass spectra of non-covalent complexes under a range of experimental conditions. Negative ion spectra of mixtures of the minor groove binder Hoechst 33258 with DNA containing a known minor groove binding sequence were dominated by ions from a 1:1 complex. In contrast, in positive ion spectra there were also ions present from a 2:1 (Hoechst 33258: DNA) complex, suggesting an alternative binding mode was possible either in solution or in the gas phase. When Hoechst 33258 was mixed with a DNA sequence lacking a high affinity minor groove binding site, the negative ion ESI mass spectra showed that 1:1 and 2:1 complexes were formed, consistent with existence of binding modes other than minor groove binding. The data presented suggest that comparison of positive and negative ion ESI-MS spectra might provide an insight into various binding modes in both solution and the gas phase.