Новости

Имитация физиологических условий помогает исследователям найти металлические связующие

Исследователи разработали метод идентификации небольших молекул, связывающих ионы металлов. Ионы металлов необходимы в биологии. Но определить, с какими молекулами — и особенно с какими небольшими молекулами — взаимодействуют эти ионы металлов, может быть непросто.

Для разделения метаболитов для анализа в традиционных методах метаболомики используются органические растворители и низкие значения pH, что может привести к диссоциации комплексов металлов. Питер С. Доррестейн из Калифорнийского университета в Сан-Диего и его коллеги хотели сохранить комплексы вместе для анализа, имитируя нативные условия, обнаруженные в клетках. Но если бы они использовали физиологические условия при разделении молекул, им пришлось бы заново оптимизировать условия разделения для каждого физиологического состояния, которое они хотели проверить.

Вместо этого исследователи разработали двухэтапный подход, который вводит физиологические условия между традиционным хроматографическим разделением и масс-спектрометрическим анализом (Nat. Chem. 2021, DOI: 10.1038/s41557-021-00803-1). Сначала они выделили биологический экстракт с помощью традиционной высокоэффективной жидкостной хроматографии. Затем они отрегулировали pH потока, выходящего из хроматографической колонки, чтобы имитировать физиологические условия, добавили ионы металлов и проанализировали смесь с помощью масс-спектрометрии. Они провели анализ дважды, чтобы получить масс-спектры малых молекул с металлами и без них. Чтобы определить, какие молекулы связывают металлы, они использовали вычислительный метод, который использует форму пиков для определения связей между спектрами связанных и несвязанных версий.

По словам Доррестейна, одним из способов дальнейшей имитации физиологических условий является добавление высоких концентраций ионов, таких как натрий или калий, и низких концентраций интересующего металла. «Это становится соревновательным экспериментом. По сути, он скажет вам: «Хорошо, эта молекула в таких условиях имеет большую склонность связывать натрий и калий или тот уникальный металл, который вы добавили», — говорит Доррестейн. «Мы можем одновременно вливать много разных металлов и действительно можем понять предпочтения и избирательность в этом контексте».

В экстрактах культур Escherichia coli исследователи идентифицировали известные железосвязывающие соединения, такие как иерсинибактин и аэробактин. В случае с иерсиниабактином они обнаружили, что он также может связывать цинк.

Исследователи идентифицировали соединения, связывающие металлы, в образцах, столь же сложных, как растворенное органическое вещество из океана. «Это абсолютно один из самых сложных образцов, которые я когда-либо рассматривал», — говорит Доррестейн. «Это, вероятно, так же сложно, как и сырая нефть, если не сложнее». Этот метод идентифицировал домоевую кислоту как молекулу, связывающую медь, и предположил, что она связывает Cu2+ в виде димера.

«Омический подход к идентификации всех металлосвязывающих метаболитов в образце чрезвычайно полезен из-за важности биологического хелатирования металлов», — пишет в своей статье Оливер Баарс, изучающий металлосвязывающие метаболиты, вырабатываемые растениями и микробами в Университете штата Северная Каролина. электронная почта.

«Доррестейн и его коллеги предлагают элегантный и столь необходимый анализ, позволяющий лучше понять, какой может быть физиологическая роль ионов металлов в клетке», — пишет в электронном письме Альберт Дж. Р. Хек, пионер естественного масс-спектрометрического анализа в Утрехтском университете. «Возможным следующим шагом было бы извлечение метаболитов в нативных условиях из клетки и фракционирование их также в нативных условиях, чтобы увидеть, какие метаболиты действительно несут какие эндогенные клеточные ионы металлов».

Время публикации: 23 декабря 2021 г.