Posttranslational modifications (PTMs) play a crucial role in many cellular processes. They are reversible, dynamic, and highly regulated events that alter the properties of proteins and increase their functional diversity. The identification and quantification of PTMs are critical for deciphering the molecular mechanisms of PTMs-related biological processes and disease treatment and prevention. Two of the most common and important PTMs that regulate many protein functions are acetylation and phosphorylation. An important role of acetylation is the regulation of DNA/RNA-protein interactions. A prominent example for this are histones, whose tail regions are lysine-rich and can be highly acetylated at their N-terminal domain. In spite of the utmost importance of this PTM, methods that allow the accurate measuring the site-specific acetylation degree are missing. One of the challenges in quantifying the acetylation degree at an individual lysine residue of the histones N-termini is the occurrence of multiple lysines in close proximity. Herein, we describe the development of the ”Fragment Ion Patchwork Quantification,” a new mass spectrometry-based approach for the highly accurate quantification of sites-pecific acetylation degrees. This method combines 13C1-acetyl derivatization on the protein level, proteolysis by low-specificity proteases and quantification on the fragment ion level. Acetylation degrees are determined from the isotope patterns of acetylated b and y ions. We have shown that this approach allows determining the site-specific acetylation degrees of all lysine residues for all core histones of Trypanosoma brucei. In addition, we demonstrate the use of this approach to identify the substrate sites of histone acetyltransferases and to monitor the changes in acetylation of the histones of canonical nucleosome and transcription start site nucleosomes. Phosphorylation is one of the most common and most important PTMs. The analysis of the human genome showed that there are about 518 kinases and more than 500,000 phosphorylation sites are believed to exist in the cellular proteome. Protein phosphorylation plays a crucial role in signaling many different cell processes, such as intercellular communication, cell growth, differentiation of proliferation and apoptosis. Whereas MS-based identification and relative quantification of singly phosphorylated peptides have been greatly improved during the last decade, and large-scale analysis of thousands of phosphopeptides can now be performed on a routine-base, the analysis of multi-phosphorylated peptides is still lagging vastly behind. The low pKa value of phosphate group and the associated negative charge are considered the major source of the problems with the analysis of multi-phosphorylated peptides. These problems include the formation of phosphopeptide-metal complexes during liquid chromatography (e.g. Fe 3+), which leads to a drastic deterioration of the chromatographic properties of these peptides (peak tailing), the decreased ionization efficiencies of phosphorylated peptides compared to their unphosphorylated counterparts, the labile nature of phosphate during CID/HCD fragmentation, and the unsuitability of low-charged phosphopeptides for ETD fragmentation are the most important factors that hinder phosphorylation analysis by LC-MS/MS. Here we aimed to develop a method for improving the identification of multi-phosphorylated peptides as well as the localization of phosphorylation sites by charge-reversal derivatization of the phosphate groups. This method employs a carbodiimide-mediated phosphoramidation to converted the phosphates to stable aromatic phosphoramidates. This chemical modification of phosphosite(s) reversed the negative charge of the phosphate group(s) and increased the number of the positive charges within the phosphopeptide. This modification prevented the formation of phosphopeptide-metal ion complexes that dramatically decreases or completely diminishes the signal intensity of protonated phosphopeptides, specifically multi-phosphorylated peptides. Furthermore, the increased net charge the (phospho-)peptides made them suitable for ETD fragmentation, which generated a high number of fragment ions with high intensities that led to a better phosphopeptide identification and localization of phosphosite(s) with high confidence. / Posttranslationale Modifikationen (PTMs) spielen eine entscheidende Rolle in vielen zellulären Prozessen. Sie sind reversible, dynamische und hochregulierte Ereignisse, die die Proteineneigenschaften verändern und ihre funktionale Diversität erhöhen. Die Identifizierung und Quantifizierung von PTMs sind wesentlich für die Entschlüsselung der molekularen Mechanismen von PTM-regulierten biologischen Prozessen und für ein besseres Verständnis der Rolle posttranslationaler Modifikationen bei einer Vielzahl von Krankheiten. Zwei der bedeutendsten PTMs, welche die Funktion unzähliger Proteine regulieren sind die Acetylierung an Lysin-Resten und die Phosphorylierung an Serin-, Threonin- und Tyrosinresten. Im Rahmen dieser Arbeit wurden eine neue Methode zur Bestimmung des positionsspezifischen Acetylierungsgrades, sowie verbesserte Methoden für die Analyse der Phosphorylierung mittels Flüssigchromatographie-gekoppelter Tandem Massenspektrometrie entwickelt. Wir haben eine neue MS-basierte Methode (”Fragment Ion Patchwork Quantification”) entwickelt, welche es erlaubt die Acetylierungsgrade an individuellen Positionen mit hoher Genauigkeit zu messen. Diese Methode kombiniert die 13C1- Acetylderivatisierung von intakte Proteine, die Proteolyse durch Proteasen mit niedriger Spezifität, und die Quantifizierung auf dem MS2-Level. Die Acetylierungsgrade werden aus den Isotopenmustern von acetylierten b- und y-Ionen bestimmt. Obwohl unsere Methode zur Quantifizierung der positionsspezifischen Acetylierungsgrade auf jedes beliebige Protein angewandt werden kann, stand bei der Methodenentwicklung die Analyse der Histonacetylierung aufgrund ihrer herausragenden Bedeutung bei der Regulation der Genexpression im Vordergrund. Wir haben gezeigt, dass mit dieser Methode die Bestimmung der positionsspezifischen Acetylierungsgrade an allen Lysin Resten aller Core-Histone von Nukleosomhistone von Trypanosoma brucei möglich ist. Darüber hinaus haben wir diese Methode angewandt, um die Substrat-Positionen von Histon Acetyltransferasen zu identifizieren und um quantitative Veränderungen der Acetylierung an Histonen aus kanonischen Nukleosomen sowie Nukleosomen an Transkriptionsstartstellen zu analysieren. Phosphorylierung ist eine der häufigsten und wichtigsten posttranslational Proteinmodifikationen. Im Verlauf des Sequenzierung des humanen Genoms wurden 518 Gene für Proteinkinasen entdeckt und es wird angenommen, dass im zellulären Proteom mehr als 500 000 Phosphorylierungsstellen existieren. Die Proteinphosphorylierung spielet eine entscheidende Rolle in der Signalisierung vieler verschiedener Zellprozesse wie zum Beispiel der interzellulären Kommunikation, dem Zellwachstum, der Differenzierung der Proliferation und der Apoptose. Während bei der massenspektrometrie-basierte Identifizierung und relativen Quantifizierung von einfach phosphorylierten Peptiden in den letzten große Fortschritte erzielt wurden, und die Analyse tausender Phosphopeptide mittlerweile häufig routinemäßig durchgeführt werden kann, bereitet die massenspektrometrische Analyse merhfach phosphorylierter Peptide nach wie vor große Probleme. Der niedrige pKa-Wert der Phosphatgruppe, und die damit einhergehende negative Ladung ist die Hauptursache für die Probleme bei der Analyse merhfach phosphorylierter Peptide. Die mehrfache negative Ladung dieser Peptide führt zu einer ausgeprägten Neigung zur Komplexbildung mit mehrwertigen Metallionen (wie z.B. Fe3+), welche zu einer drmatischen Verschlechterung der chromatographischen Eigenschaften dieser Peptide führt (Peak Tailing), zu einer Verschlechterung der Ionisierungseffizienz, und zu einem ungewöhnlich niedrigen Protonierungsgrad im Positivionen-Modus, welcher diese Peptide für eine Fragmentierung mittels ETD ungeeignet macht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde mittels chemischer Modifikation der Phosphatgruppe versucht sowohl die Detektion von mehrfach-phosphorylierten Peptiden, als auch die Lokalisierung von Phosphorylierungsstellen zu verbessern. Hierfür wurden die Phosphatgruppen unter Verwendung des Aktivierungsreagenzes EDC in hydrolysestabile, aromatische Phosphoramidate überführt. Die durch diese Modifikation erzielte Ladungsumkehr führt wie erwartet zu einer verbesserten Signalintensität bei den entsprechend modifizierten Phosphopeptiden, sowie zu einem verbesserten Fragmentierungsverhalten bei ETD, und somit letztlich zu einer verbesserten Lokalisierbarkeit der Phosphatgruppe inerhalb des Peptids.

Die Fähigkeit sich an die Rotation der Erde und den daraus resultierenden Tag- und Nacht-Rhythmus anzupassen, basiert auf einer komplexen Regulation verschiedener physiologischer Prozesse. Auf molekularer Ebene liegt diesen Prozessen eine Orchestration von Uhr-Genen zugrunde – auch als innere Uhr bezeichnet – die einen aktivierenden bzw. reprimierenden Einfluss auf die Expression einer Vielzahl weiterer Gene hat. Ausgehend von dieser Regulation lassen sich auf unterschiedlichsten Ebenen tageszeitabhängige, wiederkehrende Rhythmen beobachten. Während diese wiederkehrenden Rhythmen auf einigen Ebenen bereits gut erforscht und beschrieben sind, gibt es weitere Ebenen wie den Metabolismus, über die das Wissen bisher noch begrenzt ist. So handelt es sich bei Drosophila beispielsweise um den Organismus, dessen innere Uhr auf molekularer Ebene wahrscheinlich mit am besten charakterisiert ist. Dennoch ist bisher nur wenig über Stoffklassen bekannt, deren Metabolismus durch die innere Uhr kontrolliert wird. Zwar konnte bereits gezeigt werden, dass sich eine gestörte innere Uhr auf die Anlage der Energiespeicher auswirkt, inwiefern dies allerdings einen Einfluss auf dem intermediären Stoffwechsel hat, blieb bisher weitgehend unerforscht. Auch die Frage, welche Metaboliten wiederkehrende, tageszeitabhängige Rhythmen aufweisen, wurde bisher nur für eine begrenzte Anzahl Metaboliten untersucht. Bei der hier durchgeführten Arbeit wurden deshalb zunächst die globalen Metabolit-Profile von Fliegen mit einer auf molekularer Ebene gestörten inneren Uhr (per01) mit Fliegen, die über eine funktionale Uhr verfügen (CantonS), zu zwei Zeitpunkten verglichen. Um die Anzahl der zeitgleich untersuchten Gewebe und somit die Komplexität der Probe zu reduzieren, wurden hierfür die Köpfe von den Körpern der Fliegen getrennt und separat analysiert. Beide Körperteile wurden sowohl auf kleine hydrophile als auch auf hydrophobe Metaboliten hin mittels UPLC-ESI-qTOF-MS untersucht. Die anschließend durchgeführte, statistische Analyse brachte hervor, dass sich Unterschiede zwischen den beiden Fliegenlinien besonders in den Spiegeln der essentiellen Aminosäuren, den Kynureninen, den Pterinaten sowie den Spiegeln der Glycero(phospho)lipiden und Fettsäureester zeigten. Bei den Lipiden zeigte sich, dass die Auswirkungen weniger ausgeprägt für die Anlage der Speicher- und Strukturlipide als für die Intermediate des Lipidabbaus, die Diacylglycerole (DAGs) sowie die Acylcarnitine (ACs), waren. Um zu bestätigen, dass die inneren Uhr tatsächlich einen regulatorischen Einfluss auf die ausgemachten Stoffwechselwege hat, wurden anschließend die Spiegel aller Mitglieder darauf hin untersucht, ob diese wiederkehrende, tageszeitabhängige Schwankungen aufweisen. Hierfür wurden Proben alle zwei Stunden über drei aufeinanderfolgende Tage genommen und analysiert, bevor mittels JTK_CYCLE eine statistische Analyse der Daten durchgeführt und die Metaboliten herausgefiltert wurden, die ein rhythmisches Verhalten bei einer Periodenlänge von 24h zeigten. Hierbei bestätigte sich, dass besonders die Mitglieder des intermediären Lipidmetablismus hiervon betroffen waren. So konnten zwar auch für einige Aminosäuren robuste Rhythmen ausgemacht werden, besonders ausgeprägt waren diese jedoch erneut bei den DAGs und den ACs. Die abschließende Untersuchung letzterer unter Freilaufbedingungen (DD) sowie in per01 brachte hervor, dass die ausgemachten Rhythmen unter diesen Bedingungen entweder nicht mehr detektiert werden konnten oder deutlich abgeschwächt vorlagen. Lediglich zwei kurzkettige ACs zeigten auch unter DD-Bedingungen statistisch signifikante Rhythmen in ihren Spiegeln. Dies spricht dafür, dass neben der Regulation durch die innere Uhr weitere Faktoren, wie beispielsweise das Licht, eine entscheidende Rolle zu spielen scheinen. / The ability to adapt to the rotation of the earth and to the resulting day and night rhythm is based on a complex regulation of various endogenous processes. At the molecular level, these processes are based on an orchestration of clock genes - also known as the endogenous clock – which have an activating or repressing influence on the expression of diverse clock-controlled genes. Based on this regulation, recurring rhythms depending on the time of day can be observed at various levels, ranging from gene expression to behavior. While these recurring rhythms have been well characterized on certain output levels, little is known, however, on other levels like their influence on metabolism. Drosophila for example, is an organism whose endogenous clock is probably best characterized at the molecular level. However, little is known about substance classes and metabolic pathways that are controlled by the endogenous clock. It has already been shown that an impaired endogenous clock affects energy storage, but how an impaired clock influences intermediary lipid metabolism remains still unknown. Additionally, little is known on metabolites or metabolite classes, that display recurring, time-dependent rhythms. So far this has only been studied for certain metabolites or metabolite classes. Therefore, we compared global metabolite profiles at two timepoints between flies with an impaired endogenous clock (per01) and WT flies, possessing a functional clock (CantonS). In order to reduce the number of different tissues studied at once and thus the complexity of the sample, fly heads were separated from fly bodies and analyzed separately. In both body parts levels of small hydrophilic and hydrophobic metabolites were studied using UPLC-ESI-qTOF-MS. The subsequent statistical analysis revealed differences between the two fly lines, associated with the metabolism of essential amino acids, kynurenines, pterinates, glycero(phospho)lipids and fatty acid esters. Closer inspection of the lipid classes being affected revealed, that the effects were less pronounced for the formation of storage- and structural- lipids, compared to the intermediates of lipid degradation, the diacylglycerols (DAGs) and acylcarnitines (ACs). In order to confirm that the endogenous clock has indeed a regulatory influence on these metabolic pathways, the levels of all members were studied in a time-course experiment to determine, whether they display recurring, time-of-day-dependent fluctuations. For this purpose, samples were taken every two hours for three consecutive days, with heads and bodies analyzed separately, before a statistical analysis was carried out using JTK_CYCLE. The results were then filtered for those metabolites that showed a rhythmic behavior with a period length of 24 hours. The results confirmed that members of the intermediary lipid metabolism were particularly affected. Although robust rhythms could be detected for some amino acids, multiple DAG and AC species showed even more pronounced rhythms. The subsequent analysis of the latter under freerunning conditions (DD) and in per01 showed that the identified rhythms either diminished completely under these conditions or were significantly weakened. Only two short-chain ACs showed statistically significant rhythms in their levels under DD conditions. This suggests that in addition to regulation by the internal clock, other factors, such as light, seem to play a crucial role.

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京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(農学) / 甲第22499号 / 農博第2403号 / 新制||農||1077(附属図書館) / 学位論文||R2||N5279(農学部図書室) / 京都大学大学院農学研究科応用生物科学専攻 / (主査)教授 佐藤 健司, 教授 菅原 達也, 准教授 豊原 治彦 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DFAM

The presented works aimed on the analysis of new impurities in APIs and medicinal products. Different subtypes of LC were coupled to suitable detection methods, i.e. UV and various MS techniques, depending on the chemical natures of the analytes and the analytical task. Unexpected impurities in medicinal products and APIs caused several scandals in the past, concomitant with fatalities or severe side effects in human and veterinary patients. The detection of nitrosamines in sartans led to the discovery of nitrosamines in various other drugs, of which the antibiotic rifampicin was analyzed in this work. An examination of the synthesis of rifampicin revealed a high potential for the formation of 4-methyl-1-nitrosopiperazine (MeNP). An LC-MS/HRMS method suitable for the quantification of MeNP was applied in the analysis of drugs collected from Brazil, Comoros, India, Nepal, and Tanzania, where a single dose of rifampicin is used in the post-exposure prophylaxis of leprosy. All batches were contaminated with MeNP, ranging from 0.7-5.1 ppm. However, application of rifampicin containing up to 5 ppm MeNP was recommended by the regulatory authorities for the post-exposure prophylaxis of leprosy. In the 1990s the aminoglycoside antibiotic gentamicin attracted attention after causing fatalities in the USA, but the causative agent was never identified unequivocally. The related substance sisomicin was recognized as a lead impurity by the Holzgrabe lab at the University of Würzburg: sisomicin was accompanied by a variety of other impurities and batches containing sisomicin had caused the fatalities. In 2016, anaphylactic reactions were reported after application of gentamicin. A contamination of the medicinal products with histamine, an impurity of the raw material fish peptone used upon the production, could be identified as the cause of the adverse effects. Batches of gentamicin sulfate, which had been stored at the University of Würzburg since the earlier investigations, were analyzed regarding their contamination with histamine to determine whether the biogenic amine was responsible for the 1990s fatalities as well. Furthermore, a correlation with the lead impurity sisomicin was checked. Histamine could be detected in all analyzed batches, but at a lower level than in the batches responsible for the anaphylactic reactions. Moreover, there is no correlation of histamine with the lead impurity sisomicin. Hence, the causative agent for the 1990s fatalities was not histamine and remains unknown. Another source of impurities is the reaction of APIs with excipients, e.g. the esterification of naproxen with PEG 600 in soft gel capsules. The influence of the formulation’s composition on this reaction was investigated by means of LC-UV. Therefore, the impurity naproxen-PEG-ester (NPEG) was synthesized and used for the development of a method suitable for the analysis of soft gel capsule formulations. Different formulations were stressed for 7 d at 60 °C and the relative amount of NPEG was determined. The formation of NPEG was influenced by the concentrations of water and lactic acid, the pH, and the drug load of the formulation, which can easily be explained by the chemistry behind esterification reactions. Keeping in mind the huge variety of sources of impurities, it might be impossible to predict all potential impurities of a drug substance/product. Targeted and untargeted approaches were combined in the impurity profiling of bisoprolol fumarate. Eight versions of an LC-HRMS method were developed to enable the detection of a maximum number of impurities: an acidic and a basic buffered LC was coupled to MS detection applying ESI and APCI, both in positive in negative mode. MS and MS/MS data were acquired simultaneously by information dependent acquisition. In the targeted approach, potential impurities were derived from a reaction matrix based on the synthesis route of the API, while the untargeted part was based on general unknown comparative screening to identify additional signals. 18 and 17 impurities were detected in the targeted and the untargeted approach, respectively. The molecular formulae were assessed based on the exact mass and the isotope pattern. Theoretical fragment spectra generated by in silico fragmentation were matched with experimental data to estimate the plausibility of proposed/elucidated structures. Moreover, the detected impurities were quantified with respect to an internal standard. / In den vorgestellten Projekten wurden neue Verunreinigungen in Arzneistoffen und Arzneimitteln untersucht. Verschiedene flüssigchromatographische Methoden wurden mit geeigneten Detektionsverfahren gekoppelt. UV-Detektion und verschiedene massenspektrometrische Techniken wurden in Abhängigkeit der chemischen Eigenschaften der Analyten und der analytischen Herausforderung ausgewählt. Eine Kontamination von Wirkstoffen bzw. humanen und veterinären Arzneimittel mit unerwarteten Verunreinigungen löste mehrere Skandale aus, die mit Todesfällen oder ernsthaften Nebenwirkungen einhergingen. Die Identifikation von Nitrosamin-Verunreinigungen in Sartanen führte zur Entdeckung von Nitrosaminen in verschiedenen anderen Wirkstoffen, z.B. im Antibiotikum Rifampicin, das in dieser Arbeit untersucht wurde. Eine Betrachtung der Rifampicin-Synthese offenbarte ein hohes Potenzial der Bildung von 4-Methyl-1-nitrosopiperazin (MeNP). Arzneimittel aus Brasilien, Indien, Nepal, Tansania und von den Komoren wurden mittels LC-MS/HRMS bezüglich ihres MeNP-Gehaltes analysiert. Alle untersuchten Chargen waren mit MeNP im Bereich von 0.7-5.1 ppm belastet. Rifampicin wird in den genannten Ländern unter anderem als Einzeldosis zur Postexpositionsprophylaxe von Lepra eingesetzt. Für diese Indikation empfehlen die Zulassungsbehörden die Verwendung von Rifampicin mit bis zu 5 ppm MeNP. Das Aminoglycosid-Antibiotikum Gentamicin löste in den 1990er Jahren Todesfälle in den USA aus. Die verantwortliche Verunreinigung wurde nie eindeutig aufgeklärt, doch die verwandte Substanz Sisomicin wurde durch den Arbeitskreis Holzgrabe an der Universität Würzburg als Leitverunreinigung identifiziert: Sisomicin ging mit einer Vielzahl von weiteren Verunreinigungen einher und Sisomicin-reiche Chargen hatten die Todesfälle ausgelöst. 2016 traten anaphylaktische Reaktionen nach Gentamicin-Anwendung auf. Histamin war als Verunreinigung von Fischpepton, einem Ausgangsmaterial der Produktion, in den Wirkstoff gelangt. Um zu überprüfen, ob Histamin auch für die Todesfälle in den 1990er Jahren verantwortlich war, wurden seit den früheren Untersuchungen gelagerte Gentamicin-Chargen bezüglich ihrer Verunreinigung mit Histamin untersucht. Außerdem wurde überprüft, ob es einen Zusammenhang mit dem Sisomicin-Gehalt gibt. In allen untersuchten Proben wurde Histamin gefunden, allerdings in einer geringeren Konzentration als in Chargen, die anaphylaktische Reaktionen ausgelöst hatten. Des Weiteren konnte kein Zusammenhang mit der Leitverunreinigung Sisomicin erkannt werden. Der Auslöser der Todesfälle in den 1990er Jahren war somit nicht Histamin, sondern bleibt weiterhin unbekannt. Ein weiterer Ursprung von Verunreinigungen ist die Reaktion des Wirkstoffs mit Hilfsstoff(en), z.B. die Veresterung von Naproxen mit PEG in Weichkapseln. Der Einfluss von Veränderungen der Formulierung auf diese Reaktion wurde mittels LC-UV untersucht. Die Verunreinigung Naproxen-PEG-Ester (NPEG) wurde synthetisiert und zur Entwicklung einer Methode zur Analyse von Weichkapsel-Formulierungen verwendet. Verschiedene Formulierungen wurden für 7 Tage bei 60 °C gestresst und deren relative Gehalte an NPEG bestimmt. Dabei war die Bildung von NPEG von der Wasser- und der Milchsäure-Konzentration, dem pH und dem Wirkstoffgehalt der Formulierung abhängig. Sämtliche Einflüsse konnten durch die Art der Reaktion (Veresterung) erklärt werden. Vor dem Hintergrund der vielfältigen Quellen für Verunreinigungen erscheint es unmöglich, alle potenziellen Verunreinigungen eines Wirkstoffs/Arzneimittels vorherzusagen. Gerichtete und ungerichtete Ansätze wurden daher für die Erstellung eines Verunreinigungsprofils von Bisoprololfumarat kombiniert. Um eine möglichst große Anzahl von möglichen Substanzen zu detektieren, wurden 8 LC-MS/HRMS-Methoden entwickelt: je eine saure und eine basische mobile Phase der LC wurde mit massenspektrometrischer Detektion mittels ESI und APCI, jeweils im positiv- und negativ-Modus kombiniert. MS- und MS/MS-Daten wurden simultan durch information dependent acquisition aufgenommen. Für den gerichteten Ansatz wurde eine Reaktionsmatrix auf Basis der Synthese des Wirkstoffs angefertigt und ausgehend davon potenzielle Verunreinigungen abgeleitet. Im ungerichteten Ansatz wurden mittels general unknown comparative screening zusätzliche Signale identifiziert. Der gerichtete Ansatz zeigte die Anwesenheit von 18, der ungerichtete von 17 Verunreinigungen. Summenformeln wurden anhand der exakten Masse und des Isotopenmusters der Signale bewertet. Die Plausibilität von Strukturformeln wurde mittels In-silico-Fragmentierung abgeschätzt, wobei experimentelle und theoretische Fragmentspektren in Einklang gebracht wurden. Außerdem wurden alle detektierten Verunreinigungen mittels eines externen Standards quantifiziert.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Date palm (Phoenix dactylifera L.) is a fruit-bearing tree with numerous potential sustainable applications. Since ancient times, it has been considered a stable, secure, and sustainable food. This work provides comprehensive metabolic profiling of both parts, flesh and seed, of four P. dactylifera cultivars; Ajwa, Anbara, Sukkari, and Degelt Nour, which originated from two countries, Saudi Arabia, Tunisia. The analysis performed using mass spectrometry-untargeted metabolomics approaches, included a combination of LC-MS and GC-MS coupled to multivariate statistical analysis to reveal the differences in metabolite compositions among date varieties. The LC-MS seed results showed several classes of metabolites that belong to the flavonoids, phenolic acids, and amino acids derivatives, including citric acid, malic acid, lactic acid, hydroxyadipic acid, caffeic acid, which were at high concentrations in AJS followed by DNS and ARS. The LC-MS flesh analysis displayed that DNF had a high level of Isoquercitrin (flavonoid compound) and sinapic acid, and AJF was high concentrations level in hydroxyadipic acid and ascorbic acid. GC-MS concluded that seed samples of four date varieties are richer in metabolites classes than the flesh samples. The metabolites contributed to the seed metabolite compositions included several classes of amino acids, hydrocinnamic acids (caffeic, ferulic and sinapic acids), antioxidant phenolics, and long-chain fatty acids. The PCA and its loading analysis demonstrated the discriminating metabolites that were responsible for date varieties segregation, as HCA displayed the metabolic patterns and groups of metabolites that drive the clustering of the date samples, two groups of dates clustered together (AR and AJ) and (SR and DN). These clusterings are based on the similarities and differences observed in the metabolite compositions of the studied date samples that could be explained by differences in various metabolic responses and the environmental conditions, genotypes and geographical regions. This extensive date palm information would increase the potential of date fruits and seeds as low-cost sources of natural diet that may provide nutritious and bioactive components in the food and pharmaceutical fields to produce value-added products.

Maize (Zea mays L.) is a global food staple and is at risk from infection by the pathogenic fungus Aspergillus flavus L. The ubiquitous, soil-borne fungus causes ear rot of maize and produces the carcinogenic secondary metabolite known as aflatoxin. Aflatoxin B1 is the most potent carcinogenic mycotoxin known, causing hepatocellular carcinoma, along with many other serious health problems such as immunosuppression. Previous studies have shown that maize cob tissue plays an essential role in both facilitating and limiting the spread of the fungal pathogen A. flavus, however, little attention in the literature has been given to the cob. To date, there have not been any studies published describing the metabolome of maize cob tissue. This study assessed three different methods for disruption of maize cob tissue and investigated the global metabolome of maize cob of two resistant (Mp313E and Mp420) and two susceptible (B73 and SC212m) genotypes via liquid chromatography-mass spectrometry. Three treatments (control, water-inoculated, and fungus-inoculated) and three-time points (3, 9, 15 days after inoculation) were included in the experimental design. For the first time in maize cob, 69 metabolites were identified via the mzCloud online database. Out of them, 28 metabolites showed statistically significant differences in abundance across the treatments. Twenty-two metabolites were identified via Fragment Ion Search, of which 14 were statistically significant differences in abundance across the treatments. The majority of the metabolites identified where from the phenylpropanoid, linoleic acid, and terpenoid biosynthesis pathways. Thousands of unknown ions were detected, and for 521 compounds the formula could be derived, based on accurate monoisotopic masses. In the targeted metabolomics analysis, the MS3 spectral tree was obtained for zealexin B1 for the first time via a highly induced sample and was subsequently used to identify zealexin B1 in maize cobs (Va35). To date, this work is the sole metabolomic profiling study of maize cob tissue, and it provides insight into constitutive and induced molecular antifungal defenses of resistant and susceptible genotypes. A list of significant fungal-induced metabolites related to the maize-A. flavus defense response was compiled for further targeted metabolomic identification.

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