МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ПОДХОД К УСТРАНЕНИЮ ИСКАЖЕНИЙ МАСС-СПЕКТРОВ, ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫХ НА СКЛОНАХ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИХ ПИКОВ

Distortions of mass spectra recorded on the slopes of chromatographic peaks (spectral skewing) are typical for the scanning instruments (quadrupoles and magnetic sectors). Only ions with the specific m/z value can pass through the scanning mass analyzer per unit time. All m/z values are scanned sequentially. If the concentration of the analyte in the ion source changes appreciably during the scan time, then the respective mass spectrum is distorted. A mathematical approach to eliminating spectral skewing is proposed in this paper. Deskewing algorithm is based on the signal reconstruction in the space between measurement (discrete) points. To do this, a small segment of particular extracted ion chromatogram is approximated by the cubic polynomial. The size of the approximation interval is chosen automatically by the algorithm (large window sizes are typically used for the baseline and small window sizes are used for the peaks). If the data is not adequately approximated by the cubic polynomial (according to χ2 test), then the cubic interpolation is performed. Along with the deskewing process, the algorithm provides noise smoothing of the original data. The performance of the algorithm is demonstrated on the data recorded using the quadrupole mass spectrometer.Keywords: gas chromatography/mass spectrometry, GC/MS, scanning mass analyzer, quadrupole mass analyzer, spectral skewing, noise filtering, Savitzky-Golay filterDOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2017.21.2.007                 Andrey S. Samokhin1, Artem E. Gusev1, Yury A. Kalambet21Lomonosov Moscow State University, Leninskie Gory 1-3, 119991 Moscow, Russian Federation2Ampersand Ltd., pl. Academician Kurchatov 2-2, 123182 Moscow, Russian FederationИскажение масс-спектров, зарегистрированных на склонах хроматографических пиков, характерно для сканирующих масс-спектрометров (к которым относятся квадрупольные и магнитные секторные приборы). В единицу времени через сканирующий масс-анализатор могут пролетать ионы, характеризующиеся только одним единственным значением m/z. В процессе развертки масс-спектра все интересующие значения m/z регистрируются последовательно. Если за время регистрации одного масс-спектра концентрация вещества в источнике ионов существенно меняется, то полученный масс-спектр будет искажен. В работе предложен математический алгоритм, позволяющий устранять такие искажения. Алгоритм основан на восстановлении формы аналитического сигнала в пространстве между дискретными точками путем аппроксимации небольшого фрагмента масс-хроматограммы полиномом третьей степени. Число точек, используемых при аппроксимации, выбирается алгоритмом автоматически (при описании базовой линии алгоритм, как правило, использует широкие аппроксимационные окна, а при описании участков хроматограммы, содержащих пики, – узкие). Если исходные данные не могут быть адекватно аппроксимированы полиномом третьей степени (в соответствии с критерием χ2), проводится кубическая интерполяция данных. Наряду с устранением искажений масс-спектров алгоритм сглаживает шумы в исходных данных. Эффективность алгоритма продемонстрирована на примере данных, зарегистрированных на квадрупольном масс-спектрометре.Ключевые слова: газовая хроматография/масс-спектрометрия, ГХ/МС, сканирующий масс-анализатор, квадрупольный масс-анализатор, искажение масс-спектров, фильтрация шумов, метод Савицкого-Голея.DOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2017.21.2.00

A previously uncharacterized Factor Associated with Metabolism and Energy (FAME/C14orf105/CCDC198/1700011H14Rik) is related to evolutionary adaptation, energy balance, and kidney physiology

Abstract In this study we use comparative genomics to uncover a gene with uncharacterized function (1700011H14Rik/C14orf105/CCDC198), which we hereby name FAME (Factor Associated with Metabolism and Energy). We observe that FAME shows an unusually high evolutionary divergence in birds and mammals. Through the comparison of single nucleotide polymorphisms, we identify gene flow of FAME from Neandertals into modern humans. We conduct knockout experiments on animals and observe altered body weight and decreased energy expenditure in Fame knockout animals, corresponding to genome-wide association studies linking FAME with higher body mass index in humans. Gene expression and subcellular localization analyses reveal that FAME is a membrane-bound protein enriched in the kidneys. Although the gene knockout results in structurally normal kidneys, we detect higher albumin in urine and lowered ferritin in the blood. Through experimental validation, we confirm interactions between FAME and ferritin and show co-localization in vesicular and plasma membranes