MetaboScape^®

MetaboScape® は、ブルカーのESI & MALDIイメージング装置からのノンターゲットな分析データを処理するため、統一されたワークフローによりステップ数を簡素化し、バイオマーカーを迅速にピンポイントで特定することができます。

MetaboScape® は、ディスカバリーメタボロミクス、リピドミクス、フェノミクス、フードミクス、環境、製薬などのアプリケーション分野にまたがって使用することができ、基本的な同定作業から高度な統計処理までのワークフローをサポートする柔軟性をユーザーに提供します。

• MetaboScape® の強力なT-ReX®アルゴリズムは、堅牢なデータ処理を確実にするために、保持時間アライメント、デアイソトープ、ピーク抽出から構成されています。
• ユーザー定義のAnalyte Listを使用して、ターゲット化合物を自動的にアノテーションすることができます。
• 未知化合物の同定を容易にするためのライブラリマッチングとIn silicoフラグメンテーション
• PCA、t-test、ANOVA、PLS、バケット相関分析などのさまざまな統計を使用して、複雑なデータセット内の関連情報を可視化
• データ品質の指標となる5つのアノテーション品質（AQ）スコアリング
• 特定された代謝物を生物学的に位置付けし、データを知識に変換するパスウェイマッピング
• ローカルでの代謝物予測を用いた薬物・外来代謝物の同定
• 大規模サンプルコホートにおけるサンプル効果を相殺するためのバッチ補正
• 時系列プロットでの代謝物の経時変化解析
• ルールベースのアノテーション、4D-KMDプロット、CCSPredictを含むリピドミクス専用のアノテーションツール
• 既知化合物の同定を容易にするため、MetaboBASE Personal Library、HMDB Metabolite Library、Bruker Sumner MetaboBASE Plant Library（130以上の化合物のCCS値を含む）、およびカスタムライブラリをサポート
• GNPS (Global Natural Products Social Molecular Networking)でのインポートに適したファイル形式へのカスタマイズされたデータエクスポート
• 迅速なデータ処理、複数のユーザーによるメソッドとデータセットの共有を可能にするクライアント・サーバー・アーキテクチャ
• MetaboScape® のセミターゲットワークフローは、TASQを使用した絶対定量のためのターゲットワークフローと連携していますす
  

ノンターゲットプロファイリングの目的は、特定の生理学的状態やサンプルに特徴的な物質を同定することです。すべての化合物のダイナミックな時間的・空間的フィンガープリントへのアクセスを可能にする単一のワークフローは存在せず、補完的なプラットフォームからのデータを評価する必要があります。MetaboScape^® は、ESIとMALDIイメージングの両方からの補完的なデータの評価を可能にすることで、これらのニーズに対応し、生物学的に関連するマーカーを自信を持って割り当てることができます。

未知化合物の同定は、プリカーサーとフラグメントの正確な質量情報に基づいた分子式決定（SmartFormula3D）、ローカルおよびパブリックデータベースの検索（CompoundCrawler）、予測と実測MS/MSのマッチングを行うIn silicoフラグメンテーション（MetFrag）、化学的に関連する化合物を同定するためのMS/MSバケットマッチングなど、統合されたツールによってサポートされます。

未知化合物の同定パイプライン

A) SmartFormula3Dは、精密質量、同位体パターン、プリカーサーイオン情報を自動的にマッチングさせることで、プリカーサー分子式の候補を通常1つまたは数個に特定します。

B) ローカルデータベースや公開データベースから候補式を検索して、可能性のある構造の候補を返します。

C) MetFrag機能を使用したIn silicoフラグメンテーションにより、理論的なフラグメント構造と測定されたMS/MSピークを照合し、可能性の高い構造をスコア表示します。

D) オプションのMS/MSバケットマッチングにより、類似したMS/MSスペクトルを持つ化合物を割り当てて、未知の構造的に類似している可能性の高い化合物を同定することができます。

薬物代謝物の同定は、製薬研究にとって大きな関心事であるだけでなく、メタボロミクス、フェノミクス、エキスポソミクス、ノンターゲットスクリーニングにおいても関心が高まっています。そこでは、薬物や殺虫剤、毒素、麻薬などの外来物質の代謝物が発生することが予想され、いわゆるダークメタボロームと呼ばれる未同定化合物のファミリーに属する可能性があります。

MetaboScape^® は、液体サンプルからのみならず、SpatialOMxワークフローを使用して組織直接からでも、これらの代謝産物の割り当てるローカルBioTransformer¹ベースの代謝産物予測をサポートしています。さらに、統合された時系列プロットを使用して、これらの代謝物の時間変化を追跡し、半定量することができます。

^{([1] Djoumbou-Feunang et al.; Journal of Cheminformatics 2019, 11:2).}

MetaboScape^® のルールベースのアノテーションは、Lipidomics Standards Initiative (LSI)のガイドラインを考慮した脂質種の同定を可能にします。この脂質クラス(LC)アノテーションツールは、オーバーアノテーションのリスクを回避し、脂質ピークの自動同定を簡素化します。

MetaboScape^® は、Kendrick Mass Defects（KMD）を計算して可視化し、複雑な質量スペクトル情報を、脂質固有の相同反復単位(例：CH₂)に基づいたクラスタリングを含む組成マップに変換します。カスタマイズ可能な4D-KMDプロットにより、直観的な脂質ID検証が可能です。抽出されたピークの様々な特性を4次元（x軸、y軸、カラースケール、バブルサイズ）でプロットすることができ、汎用性の高いアプリケーションが可能です。

保持時間 対 m/z をプロットすることで、脂質クラスごとに異なる色を使用して脂質クラスの分離を明らかにします。このカラーコーディングを使用すると、同じ脂質クラスのアノテーションを保持時間の順にスポットすることができます。

m/z 対 CCS をプロットすることで、鎖の長さや二重結合数の違いがある脂質で観察されたCCSの傾向を視覚化し、脂質データをさらに詳しく調べることができます。これらの傾向は、脂質のクラスIDを確認するために使用することができ、未知数のアノテーションを支援し、偽陽性を除去するのに役立ちます。

繰り返し単位としてCH₂を指定したKendrick Mass Defectsを可視化することで、選択したクラスの脂質種の飽和度や鎖長の整合性を迅速に調べることができます。また、トリアシルグリセロール（TG）としてアノテーションされた脂質の例では、逆相クロマトグラフィーで予想される溶出順序や、4つの相補的な次元をすべて活用したCCS値の増加傾向が示されます。

メタボロミクスおよびリピドミクス分析の主な要件は、異常や疾患の結果として変化する化合物を迅速にピンポイントで特定することです。保持時間、プリカーサー質量、同位体パターン、MS/MS スペクトルのマッチングは、化合物アノテーションの信頼性を高めるための一般的な基準です。timsTOF ProでのPASEF^®は、1秒間に数百のMS/MSデータ収集を可能にし、1回の分析でより高いフラグメントカバー率を実現します。さらに、PASEF^®スペクトルはイオンモビリティー分離の恩恵を受け、”On the Fly”モビリティーフィルターを使用してよりクリーンなMS/MSスペクトルを得ることができます。各MS値は衝突断面積(CCS)値で補完され、分析対象物の形状の指標となり、同定に更なる信頼性を提供します。

SCiLS^TM Labソフトウェアとの連携により、T-ReX^®²はSpatialOMxベースのノンターゲットプロファイリングを強化し、薬物代謝物、脂質、糖鎖などのピーク抽出とアノテーションを可能にします。T-ReX^®³はCCSアノテーションも組み合わせ、timsTOF fleXのMALDIイメージングにより取得したデータを空間的にマッピングし、信頼性の高いアノテーションを可能にします。

クロマトグラフィー非使用の MRMS aXelerate ワークフローは、フェノミクス研究において時間のかかるクロマトグラフィーを省略することで、より高いサンプルスループットを提供します。LC-MS分析では容易に検出できない化合物にアクセスできるため、ターゲットおよびノンターゲットメタボロミクスアプローチが可能になります。MetaboScape^® のT-ReX^® 2Dによるデータ抽出は、FIA MRMSデータの自動アノテーションに信頼性をもたらします。新開発のscimaX MRMSシステムは、100万以上の質量分解能と0.2ppm以下の質量精度を持つ極めて優れた性能を発揮します。この超高分解能により、Isotopic Fine Structureを利用した明確な組成解析が可能となり、ノンターゲットメタボロミクスにおける化合物同定に別次元の信頼性がもたらされます。