Die Nachahmung physiologischer Bedingungen hilft Forschern, Metallbinder zu finden
Forscher haben eine Methode entwickelt, um kleine Moleküle zu identifizieren, die Metallionen binden.Metallionen sind in der Biologie unverzichtbar.Es kann jedoch eine Herausforderung sein, zu identifizieren, mit welchen Molekülen – und insbesondere mit welchen kleinen Molekülen – diese Metallionen interagieren.
Um Metaboliten für die Analyse zu trennen, verwenden herkömmliche Metabolomics-Methoden organische Lösungsmittel und niedrige pH-Werte, die zur Dissoziation von Metallkomplexen führen können.Pieter C. Dorrestein von der University of California San Diego und Mitarbeiter wollten die Komplexe für die Analyse zusammenhalten, indem sie die natürlichen Bedingungen in Zellen nachahmten.Aber wenn sie bei der Trennung von Molekülen physiologische Bedingungen verwendet hätten, hätten sie die Trennungsbedingungen für jede physiologische Bedingung, die sie testen wollten, neu optimieren müssen.
Stattdessen entwickelten die Forscher einen zweistufigen Ansatz, der physiologische Bedingungen zwischen eine herkömmliche chromatographische Trennung und eine massenspektrometrische Analyse einführt (Nat. Chem. 2021, DOI: 10.1038/s41557-021-00803-1).Zuerst trennten sie einen biologischen Extrakt mit herkömmlicher Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie.Dann passten sie den pH-Wert des aus der Chromatographiesäule austretenden Flusses an, um physiologische Bedingungen nachzuahmen, fügten Metallionen hinzu und analysierten die Mischung mit Massenspektrometrie.Sie führten die Analyse zweimal durch, um Massenspektren kleiner Moleküle mit und ohne Metalle zu erhalten.Um zu identifizieren, welche Moleküle Metalle binden, verwendeten sie eine Computermethode, die Peakformen verwendet, um auf Verbindungen zwischen den Spektren von gebundenen und ungebundenen Versionen zu schließen.
Eine Möglichkeit, physiologische Bedingungen weiter nachzuahmen, wäre laut Dorrestein die Zugabe hoher Konzentrationen von Ionen wie Natrium oder Kalium und niedriger Konzentrationen des interessierenden Metalls.„Es wird ein Wettbewerbsexperiment.Es wird Ihnen im Grunde sagen, OK, dieses Molekül hat unter diesen Bedingungen eine größere Neigung, Natrium und Kalium oder dieses eine einzigartige Metall, das Sie hinzugefügt haben, zu binden“, sagt Dorrestein.„Wir können viele verschiedene Metalle gleichzeitig infundieren, und wir können die Präferenz und Selektivität in diesem Zusammenhang wirklich verstehen.“
In Kulturextrakten von Escherichia coli identifizierten die Forscher bekannte eisenbindende Verbindungen wie Yersiniabactin und Aerobactin.Bei Yersiniabactin entdeckten sie, dass es auch Zink binden kann.
Die Forscher identifizierten metallbindende Verbindungen in Proben, die so komplex sind wie gelöste organische Stoffe aus dem Ozean.„Das ist absolut eine der komplexesten Proben, die ich mir je angesehen habe“, sagt Dorrestein."Es ist wahrscheinlich so komplex wie, wenn nicht sogar noch komplexer als Rohöl."Das Verfahren identifizierte Domonsäure als kupferbindendes Molekül und legte nahe, dass es Cu2+ als Dimer bindet.
„Ein Omics-Ansatz zur Identifizierung aller metallbindenden Metaboliten in einer Probe ist aufgrund der Bedeutung der biologischen Metallchelatbildung äußerst nützlich“, schreibt Oliver Baars, der metallbindende Metaboliten untersucht, die von Pflanzen und Mikroben an der North Carolina State University produziert werden, in einem Email.
„Dorrestein und Mitarbeiter stellen einen eleganten, dringend benötigten Assay bereit, um besser zu untersuchen, welche physiologische Rolle Metallionen in der Zelle spielen könnten“, schreibt Albert JR Heck, ein Pionier in der nativen Massenspektrometrie-Analyse an der Universität Utrecht, in einer E-Mail.„Ein möglicher nächster Schritt wäre, die Metaboliten unter nativen Bedingungen aus der Zelle zu extrahieren und diese ebenfalls unter nativen Bedingungen zu fraktionieren, um zu sehen, welche Metaboliten welche körpereigenen zellulären Metallionen tragen.“
Nachrichten aus Chemie und Technik
ISSN 0009-2347
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Postzeit: 23. Dezember 2021