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.

Assessing melatonin and its oxidative metabolites amounts in biological fluid and culture medium by liquid chromatography electrospray ionization tandem mass spectrometry (LC-ESI-MS/MS)

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

ESI(+)-MS and GC-MS Study of the Hydrolysis of N-Azobenzyl Derivatives of Chitosan

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

Metalloproteomic profile determination of muscle samples from nile Tilapia (Oreochromis niloticus) using AAS and ESI-MS/MS after 2D-PAGE separation

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

Detection of hormones in surface and drinking water in Brazil by LC-ESI-MS/MS and ecotoxicological assessment with Daphnia magna

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Systematic UPLC-ESI-MS/MS Study on the Occurrence of Staurosporine and Derivatives in Associated Marine Microorganisms from Eudistoma vannamei

Former bioactivity-guided analysis of the marine invertebrate Eudistoma vannamei led to the isolation of staurosporine derivatives, which revealed strong cytotoxic activity against several human cancer cell lines. The occurrence of such alkaloids in E. vannamei may be correlated to the presence of associated biota, such as Streptomyces bacteria. In agreement to this hypothesis, marine microorganisms associated with E. vannamei were recovered and cultured, leading to a total of 84 isolated bacterial strains. Gas phase fragmentation reactions of staurosporine and derivatives were systematically studied and the analyzed results further supported by computational chemistry studies. The resulting fragment patterns were used to search for the presence of different derivatives in extracts of isolated microorganisms, thereby using LC-MS/MS analysis in MRM mode. These results evidenced that one isolated Streptomyces sp. was able to generate staurosporine, while none of the hydroxy-7-oxo derivatives were detected. Finally, significant cytotoxic activity against human cancer lines was observed for one of the extracts.

LC-DAD/ESI-MS/MS study of phenolic compounds in ash (Fraxinus excelsior L. and F. americana L.) heartwood. Effect of toasting intensity at cooperage

The phenolic composition of heartwood extracts from Fraxinus excelsior L. and F. americana L., both before and after toasting in cooperage, was studied using LC-DAD/ESI-MS/MS. Low-molecular weight (LMW) phenolic compounds, secoiridoids, phenylethanoid glycosides, dilignols and oligolignols compounds were detected, and 48 were identified, or tentatively characterized, on the basis of their retention time, UV/Vis and MS spectra, and MS fragmentation patterns. Some LMW phenolic compounds like protocatechuic acid and aldehyde, hydroxytyrosol and tyrosol, were unlike to those for oak wood, while ellagic and gallic acid were not found. The toasting of wood resulted in a progressive increase in lignin degradation products with regard to toasting intensity. The levels of some of these compounds in medium-toasted ash woods were much higher than those normally detected in toasted oak, highlighting vanillin levels, thus a more pronounced vanilla character can be expected when using toasted ash wood in the aging wines. Moreover, in seasoned wood, we found a great variety of phenolic compounds which had not been found in oak wood, especially oleuropein, ligstroside and olivil, along with verbascoside and isoverbascoside in F. excelsior, and oleoside in F. americana. Toasting mainly provoked their degradation, thus in medium-toasted wood, only four of them were detected. This resulted in a minor differentiation between toasted ash and oak woods. The absence of tannins in ash wood, which are very important in oak wood, is another peculiar characteristic that should be taken into account when considering its use in cooperage. Copyright (C) 2012 John Wiley & Sons, Ltd.

Systematic UPLC-ESI-MS/MS study on the occurrence of staurosporine and derivatives in associated marine microorganisms from Eudistoma vannamei

Former bioactivity-guided analysis of the marine invertebrate Eudistoma vannamei led to the isolation of staurosporine derivatives, which revealed strong cytotoxic activity against several human cancer cell lines. The occurrence of such alkaloids in E. vannamei may be correlated to the presence of associated biota, such as Streptomyces bacteria. In agreement to this hypothesis, marine microorganisms associated with E. vannamei were recovered and cultured, leading to a total of 84 isolated bacterial strains. Gas phase fragmentation reactions of staurosporine and derivatives were systematically studied and the analyzed results further supported by computational chemistry studies. The resulting fragment patterns were used to search for the presence of different derivatives in extracts of isolated microorganisms, thereby using LC-MS/MS analysis in MRM mode. These results evidenced that one isolated Streptomyces sp. was able to generate staurosporine, while none of the hydroxy-7-oxo derivatives were detected. Finally, significant cytotoxic activity against human cancer lines was observed for one of the extracts.

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.

Identifizierung und Quantifizierung von sauren Markersubstanzen für troposphärisches sekundäres organisches Aerosol aus biogenen Kohlenwasserstoffen mittels Kapillar-HPLC-ESI-MS n

Sekundäres organisches Aerosol (SOA) ist ein wichtiger Bestandteil von atmosphärischen Aerosolpartikeln. Atmosphärische Aerosole sind bedeutsam, da sie das Klima über direkte (Streuung und Absorption von Strahlung) und indirekte (Wolken-Kondensationskeime) Effekte beeinflussen. Nach bisherigen Schätzungen ist die SOA-Bildung aus biogenen Kohlenwasserstoffen global weit wichtiger als die SOA-Bildung aus anthropogenen Kohlenwasserstoffen. Reaktive Kohlenwasserstoffe, die in großen Mengen von der Vegetation emittiert werden und als die wichtigsten Vorläufersubstanzen für biogenes SOA gelten, sind die Terpene. In der vorliegenden Arbeit wurde eine Methode entwickelt, welche die Quantifizierung von aciden Produkten der Terpen-Oxidation ermöglicht. Die Abscheidung des größenselektierten Aerosols (PM 2.5) erfolgte auf Quarzfilter, die unter Zuhilfenahme von Ultraschall mittels Methanol extrahiert wurden. Nach Aufkonzentrierung und Lösungsmittelwechsel auf Wasser sowie Standardaddition wurden die Proben mit einer Kapillar-HPLC-ESI-MSn-Methode analysiert. Das verwendete Ionenfallen-Massenspektrometer (LCQ-DECA) bietet die Möglichkeit, Strukturaufklärung durch selektive Fragmentierung der Qasimolekülionen zu betreiben. Die Quantifizierung erfolgte teilweise im MS/MS-Modus, wodurch Selektivität und Nachweisgrenze verbessert werden konnten. Um Produkte der Terpen-Oxidation zu identifizieren, die nicht als Standards erhältlich waren, wurden Ozonolysexperimente durchgeführt. Dadurch gelang die Identifizierung einer Reihe von Oxidationsprodukten in Realproben. Neben schon bekannten Produkten der Terpen-Oxidation konnten einige Produkte erstmals in Realproben eindeutig als Produkte des α Pinens nachgewiesen werden. In den Proben der Ozonolyseexperimente konnten auch Produkte mit hohem Molekulargewicht (>300 u) nachgewiesen werden, die Ähnlichkeit zeigen zu den als Dimeren oder Polymeren in der Literatur bezeichneten Substanzen. Sie konnten jedoch nicht in Feldproben gefunden werden. Im Rahmen von 5 Messkampagnen in Deutschland und Finnland wurden Proben der atmosphärischen Partikelphase genommen. Die Quantifizierung von Produkten der Oxidation von α-Pinen, β-Pinen, 3-Caren, Sabinen und Limonen in diesen Proben ergab eine große zeitliche und örtliche Variationsbreite der Konzentrationen. Die Konzentration von Pinsäure bewegte sich beispielsweise zwischen etwa 0,4 und 21 ng/m³ während aller Messkampagnen. Es konnten stets Produkte verschiedener Terpene nachgewiesen werden. Produkte einiger Terpene eignen sich sogar als Markersubstanzen für verschiedene Pflanzenarten. Sabinen-Produkte wie Sabinsäure können als Marker für die Emissionen von Laubbäumen wie Buchen oder Birken verwendet werden, während Caren-Produkte wie Caronsäure als Marker für Nadelbäume, speziell Kiefern, verwendet werden können. Mit den quantifizierten Substanzen als Marker wurde unter zu Hilfenahme von Messungen des Gehaltes an organischem und elementarem Kohlenstoff im Aerosol der Anteil des sekundären organischen Aerosols (SOA) errechnet, der von der Ozonolyse der Terpene stammt. Erstaunlicherweise konnten nur 1% bis 8% des SOA auf die Ozonolyse der Terpene zurückgeführt werden. Dies steht im Gegensatz zu der bisherigen Meinung, dass die Ozonolyse der Terpene die wichtigste Quelle für biogenes SOA darstellt. Gründe für diese Diskrepanz werden in der Arbeit diskutiert. Um die atmosphärischen Prozesse der Bildung von SOA vollständig zu verstehen, müssen jedoch noch weitere Anstrengungen unternommen werden.

The selective determination of sulfates, sulfonates and phosphates in urine by CE-MS

Metabolite identification and metabolite profiling are of major importance in the pharmaceutical and clinical context. However, highly polar and ionic substances are rarely included as analytical tools are missing. In this study, we present a new method for the determination of urinary sulfates, sulfonates, phosphates and other anions of strong acids. The method comprises a CE separation using an acidic BGE (pH

Characterization of HgCl2 Tridentate Amine Complexes by X-ray Crystallography, NMR and ESI-MS

Two new HgCl2 complexes of tridentate nitrogen ligands were characterized by X-ray crystallography, proton NMR spectroscopy and ESI-MS. The five-coordinate complex [Hg(BMPA)Cl-2] (1) (BMPA = bis(2-pyridylmethyl)amine) crystallized from acetonitrile/m-xylene by slow evaporation in the monoclinic space group P2(1)/n with a = 8.3896(8) , b = 12.8020(13) , c = 13.3526(13) , alpha = 90A degrees, beta A = 90.480(2)A degrees, gamma A = 90A degrees and z = 4. The square pyramidal structure (tau = 0.009) has approximate C (s) symmetry. Despite comparable Hg-N bond lengths in 1, inversion of the central nitrogen was rapid on the chemical shift time scale in dilute solution except at very low temperatures. The related complex [Hg(BEPA)Cl-2] (2) (BEPA = bis(2-{pyrid-2-yl}ethyl)amine) crystallized from acetonitrile/ethyl acetate/hexanes by slow diffusion in the orthorhombic space group Pnma with a = 13.424(3) , b = 14.854(3) , c = 8.118(2) , alpha = 90A degrees, beta A = 90A degrees, gamma A = 90A degrees and z = 4. The mixed geometry structure (tau = 0.56) also has crystallographic mirror symmetry as well as C (s) point group symmetry. In dilute acetonitrile solution, 1 was stable while 2 slowly converted to a more thermodynamically stable complex.

Confirmation analysis of ethyl glucuronide and ethyl sulfate in human serum and urine by CZE-ESI-MS(n) after intake of alcoholic beverages

CZE coupled to sheath liquid-based electrospray ionization (ESI) and multiple-stage ion trap mass spectrometry (MS(n) ) was used for the confirmation analysis of ethyl glucuronide (EtG) and ethyl sulfate (EtS) in human serum and urine collected after intake of alcoholic beverages. Electrophoretic separations were performed in uncoated fused-silica capillaries using a pH 9.5 ammonium acetate background electrolyte and normal polarity. MS detection of EtG and EtS occurred after negative ionization using a spray liquid containing 0.5% v/v ammonia in isopropanol/water (60:40%, v/v). CZE-MS and CZE-MS² results obtained after injection of solid-phase extracts for EtG and EtS and of diluted urine confirmed the presence of EtG and EtS in samples whose levels were previously determined by CZE with indirect UV detection. Detection limits of each compound were estimated to be around 2.0 (injection of diluted urine) and 0.2 μg/mL (extracts).

A quantitative phenytoin GC-MS method and it's validation for samples from human ex situ brain microdialysis, blood and saliva using solid-phase extraction

This study describes the development and validation of a gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) method to identify and quantitate phenytoin in brain microdialysate, saliva and blood from human samples. A solid-phase extraction (SPE) was performed with a nonpolar C8-SCX column. The eluate was evaporated with nitrogen (50°C) and derivatized with trimethylsulfonium hydroxide before GC-MS analysis. As the internal standard, 5-(p-methylphenyl)-5-phenylhydantoin was used. The MS was run in scan mode and the identification was made with three ion fragment masses. All peaks were identified with MassLib. Spiked phenytoin samples showed recovery after SPE of ≥94%. The calibration curve (phenytoin 50 to 1,200 ng/mL, n = 6, at six concentration levels) showed good linearity and correlation (r² > 0.998). The limit of detection was 15 ng/mL; the limit of quantification was 50 ng/mL. Dried extracted samples were stable within a 15% deviation range for ≥4 weeks at room temperature. The method met International Organization for Standardization standards and was able to detect and quantify phenytoin in different biological matrices and patient samples. The GC-MS method with SPE is specific, sensitive, robust and well reproducible, and is therefore an appropriate candidate for the pharmacokinetic assessment of phenytoin concentrations in different human biological samples.