Mass Spectrometrical Analysis in Lipidomics

Abstract

Lipider representerer over femti tusen arter av biomolekyler med et like stort utvalg av biologiske funksjoner. De fungerer som den viktigste strukturelle komponenten i forskjellige biologiske membraner, som store aktører innen energilagring og frigjøring, som signalmolekyler, blant andre. Siden funksjonene til lipider er så forskjellige i det levende systemet, kan enhver endring i lipidprofilen på noen del av kroppen føre til mange fysiologiske, anatomiske og metabolske forandringer. Dyslipidemi, fet leversykdom, kreft, økt risiko for hjerte- og karsykdommer, levercirrhose, etc. er blant de mange sykdommer og lidelser relatert til lipidene i menneskekroppen. Derfor kan en omfattende studie av lipidprofilen og deres natur i stor grad bidra til å forstå mekanismene til biologiske systemer generelt og også i sykdomsbiomarkørfunn og medikamentoppdagelse. Frem til nå har bare noen deler av lipidomet blitt studert uttømmende, og det er mye å oppdage. Lipidanalyse har blitt revolusjonert ved bruk av moderne massespektrometriske metoder. Analysene i denne oppgaven er for det meste utført ved bruk av massespektrometri ved bruk av elektrosprayionisering kombinert med superkritisk væskekromatografi, noe som har mange påviste fordeler i analysen av både lipidklasser og fettsyrer. Modellsystemer av torskelever, kyllingelever, torskemuskulatur og laksemuskulatur er blitt brukt for å sammenligne effektiviteten til tre populære ekstraksjonsmetoder. Hydrolyseprotokollen er optimalisert ved bruk av fiskeolje. De optimaliserte og validerte ekstraksjonsprotokollene ble deretter implementert for å studere den lipidomiske profilen til mutante mus og villtype mus, og forskjellene ble presisert basert på denne lipidprofilen. Arbeidsflyten for lipidomics brukt i musemodelsystemet er beskrevet.

Lipids represent over fifty thousand species of biomolecules with an equally vast array of biological functions. They function as the key structural component of various biological membranes, as major players in energy storage and liberation, as signalling molecules, among others. Since the functions of lipids are so diverse in the living system, any change in the lipid profile at any part of the body can bring forth many physiological, anatomical and metabolic changes. Dyslipidaemia, fatty liver disease, cancer, increased risk of cardiovascular diseases, liver cirrhosis, etc. are among the many diseases and disorders related to the lipids in the human body. Hence, a comprehensive study of the lipid profile and their nature can largely help in understanding the mechanisms of biological systems in general and also in disease biomarker discovery and drug discovery. Up until now, only some portions of the lipidome has been exhaustively studied and there is much to discover. Lipid analysis has been revolutionised by the application of modern mass spectrometric methods. The analyses in this thesis have been mostly done using mass spectrometry using electrospray ionisation coupled with supercritical fluid chromatography which has many proven advantages in the analysis of both lipid classes and fatty acids. Model systems of cod liver, chicken liver, cod muscle and salmon muscle have been used to compare the efficiency of three popular extraction methods. The hydrolysis protocol has been optimized using fish oil. The optimized and validated extraction protocols were then implemented to study the lipidomic profile of mutant and wild type mice and the differences were pinpointed based on this lipid profile. The workflow for lipidomics applied in the mice model system has been described.