MALDI質量分析イメージングとin situ蛍光標識による高空間分解能での代謝物と微生物の可視化
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公開日: 2023年09月06日
MALDI質量分析イメージングとin situ蛍光標識による高空間分解能での代謝物と微生物の可視化
https://www.nature.com/articles/s41596-023-00864-1
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Nature Protocols 18巻 3050-3079ページ (2023)この記事を引用する
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メトリクス詳細
概要
マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析イメージング（MALDI-MSI）のようなラベルフリーの分子イメージング技術により、生体組織の薄切片に含まれる数百種類の代謝物を直接かつ同時にマッピングすることができる。しかし、宿主と微生物の相互作用において、微生物の位置を特定し、代謝物を宿主とマイクロバイオームのメンバーに割り当てることは依然として困難である。そこで我々は、微生物細胞を同定し局在を特定するために、同じ切片上でMALDI-MSIと蛍光in situハイブリダイゼーション（FISH）を組み合わせた相関イメージングアプローチを開発した。ここでは、核酸プローブのイメージングに基づき、代謝産物の空間分布をマイクロバイオームメンバーに割り当てるための頑健かつ簡便な方法として、metaFISHを単一細胞分解能まで詳述する。組織調製、組織上でのハイブリダイゼーション、蛍光顕微鏡観察、相関画像データセットへのデータ統合、マトリックス適用、MSIデータ取得に必要な手順について述べる。metaFISHを用いて、1つの組織切片上に数百の代謝産物と数種の微生物種をミクロンスケールでマッピングした。例えば、細胞内外の細菌、宿主細胞、およびそれらに関連する代謝物を動物組織内に局在させ、それらの複雑な代謝相互作用を明らかにすることができる。代謝産物シグナル強度と蛍光シグナルの間のトレードオフにユーザーを導きながら、高分解能MSI解析の関心領域として低存在細菌感染部位を同定する方法について説明する。MetaFISHは、環境微生物学者から臨床科学者まで幅広いユーザーに適している。プロトコルの所要時間は2日程度です。
キーポイント
組織調製、マトリックス塗布、MSIデータ取得、核酸プローブを用いた組織上ハイブリダイゼーション、蛍光顕微鏡観察、相関画像データセットへのデータ統合を含む、宿主と微生物の相互作用の空間メタボロミクス手順。
MALDI-MSIは、代謝物の空間分布を明らかにすることにより、単一細胞レベルでのマッピングを可能にする。あるいは、レーザーキャプチャー・マイクロダイセクションをLC-MSと組み合わせたり、metaFISHで空間メタボロミクスとFISHを組み合わせたりすることもできる。
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コードの利用可能性
MSIおよび顕微鏡共登録の実装のためのオープンソーススクリプトは、以前に公開されており6、GitHubで入手可能である（R scripts, https://github.com/esogin/miniature-octo-fiesta; MATLAB, https://github.com/BenediktSenorDingDong/MALDI-FISHregistration）。
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謝辞
FISHとMSIの技術的な支援をしてくれたM. Sadowski（MPI Bremen）とJ. Beckmann（MPI Bremen）、timsTOF fleX装置を提供してくれたBruker Daltonicsに謝意を表する。P.B.、B.G.、M.L.はMax Planck Societyの資金援助に感謝する。J.S.とK.D.はDeutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)からの資金援助に感謝する： DR 416/12-1とSO976/41、SO976/5-1とDR416/13-1、CRC TRR332 (Z1)。B.G.は、長期フェローシップ（LT0015/2022-L）によるポスドクの資金提供を受けたHuman Frontier in Science Programに感謝する。
著者情報
著者メモ
これらの著者は同等に貢献した： Patric Bourceau、Benedikt Geier。
著者および所属
マックス・プランク海洋微生物学研究所、ブレーメン、ドイツ
Patric Bourceau, Benedikt Geier & Manuel Liebeke
MARUM海洋環境科学センター、ブレーメン大学、ドイツ
パトリック・ブソースー
スタンフォード大学医学部（米国・カリフォルニア州スタンフォード
ベネディクト・ガイアー
ミュンスター大学衛生研究所（ドイツ・ミュンスター
ヴィンセント・スエルディエック、タニヤ・ビエン、イェンス・ソルトヴィッシュ、クラウス・ドライゼヴェルド
ブルカー・ダルトニクスGmbH & Co. KG, ブレーメン, ドイツ
タンヤ・ビエン
キール大学人間栄養・食品科学研究所（ドイツ・キール
マニュエル・リーベケ
貢献
P.B.、B.G.、T.B.およびV.S.がMSIデータを記録。V.S.、J.S.、T.B.、K.D.は結果の解釈と原稿執筆に協力。T.B.、V.S.、P.B.はプロトコールの検証実験を行った。P.B.、B.G.およびM.L.は本研究の構想および設計を行った。P.B.、B.G.、M.L.が原稿を執筆。
著者
Manuel Liebeke宛。
倫理申告
競合利益
T.B.はBruker Daltonics GmbH & Co. KG（ブレーメン）の社員である。他のすべての著者は、競合する利益はないと宣言している。
査読
査読情報
Nature Protocolsは、Laura Sanchez氏、および匿名の他の査読者の方々の本研究の査読への貢献に感謝いたします。
その他の情報
出版社注：Springer Natureは、出版された地図の管轄権の主張および所属機関に関して中立を保っています。
関連リンク
このプロトコルを用いた主な参考文献
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補足情報
補足情報
補足方法1-4、表1-13。
権利と許可
シュプリンガー・ネイチャーまたはそのライセンサー（学会またはその他のパートナーなど）は、著者またはその他の権利者との出版契約に基づき、本論文の独占的権利を有する。本論文の受理された原稿版の著者によるセルフアーカイブは、かかる出版契約の条件および適用される法律にのみ準拠する。
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この記事の引用
Bourceau, P., Geier, B., Suerdieck, V. et al. MALDI質量分析イメージングとin situ蛍光標識を用いた高空間分解能での代謝物と微生物の可視化. Nat Protoc 18, 3050-3079 (2023). https://doi.org/10.1038/s41596-023-00864-1
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受領
2023年1月31日
受理
2023年5月31日
発行
2023年09月06日
発行日
2023年10月
DOI
https://doi.org/10.1038/s41596-023-00864-1
テーマ
化学生態学
蛍光イメージング
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