Identifying metal-binding small biological molecules

Naśladowanie warunków fizjologicznych pomaga naukowcom znaleźć spoiwa metali

Naukowcy opracowali metodę identyfikacji małych cząsteczek wiążących jony metali.Jony metali są niezbędne w biologii.Jednak identyfikacja, z którymi cząsteczkami – a zwłaszcza z którymi małymi cząsteczkami – te jony metali oddziałują, może być wyzwaniem.

Aby oddzielić metabolity do analizy, konwencjonalne metody metabolomiki wykorzystują rozpuszczalniki organiczne i niskie pH, które mogą powodować dysocjację kompleksów metali.Pieter C. Dorrestein z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego i współpracownicy chcieli utrzymać kompleksy razem do analizy, naśladując natywne warunki występujące w komórkach.Ale gdyby użyli warunków fizjologicznych podczas separacji cząsteczek, musieliby ponownie zoptymalizować warunki separacji dla każdego warunku fizjologicznego, który chcieliby przetestować.

Zamiast tego naukowcy opracowali dwuetapowe podejście, które wprowadza warunki fizjologiczne między konwencjonalną separacją chromatograficzną a analizą spektrometrii masowej (Nat. Chem. 2021, DOI: 10.1038/s41557-021-00803-1).Najpierw oddzielili ekstrakt biologiczny za pomocą konwencjonalnej wysokosprawnej chromatografii cieczowej.Następnie dostosowali pH strumienia opuszczającego kolumnę chromatograficzną do warunków fizjologicznych, dodali jony metali i przeanalizowali mieszaninę za pomocą spektrometrii masowej.Przeprowadzili analizę dwukrotnie, aby uzyskać widma masowe małych cząsteczek z metalami i bez metali.Aby zidentyfikować, które cząsteczki wiążą metale, użyli metody obliczeniowej, która wykorzystuje kształty pików do wywnioskowania połączeń między widmami wersji związanej i niezwiązanej.

Jednym ze sposobów dalszego naśladowania warunków fizjologicznych, mówi Dorrestein, byłoby dodanie wysokich stężeń jonów, takich jak sód lub potas, oraz niskich stężeń metalu będącego przedmiotem zainteresowania.„Staje się eksperymentem konkursowym.Zasadniczo powie ci: OK, ta cząsteczka w tych warunkach ma większą skłonność do wiązania sodu i potasu lub tego jedynego unikalnego metalu, który dodałeś” – mówi Dorrestein.„Możemy nasycać wiele różnych metali jednocześnie i naprawdę możemy zrozumieć preferencje i selektywność w tym kontekście”.

W ekstraktach z hodowli Escherichia coli naukowcy zidentyfikowali znane związki wiążące żelazo, takie jak yersiniabaktyna i aerobaktyna.W przypadku jersiniabaktyny odkryli, że może ona również wiązać cynk.

Naukowcy zidentyfikowali w próbkach związki wiążące metale tak złożone, jak rozpuszczona materia organiczna z oceanu.„To absolutnie jedna z najbardziej złożonych próbek, jakie kiedykolwiek oglądałem”, mówi Dorrestein.„Prawdopodobnie jest tak złożona, jeśli nie bardziej złożona niż ropa naftowa”.Metoda zidentyfikowała kwas domoikowy jako cząsteczkę wiążącą miedź i zasugerowała, że wiąże on Cu2+ jako dimer.

„Podejście omiczne do identyfikacji wszystkich metabolitów wiążących metale w próbce jest niezwykle przydatne ze względu na znaczenie biologicznej chelatacji metali” – pisze Oliver Baars, który bada metabolity wiążące metale wytwarzane przez rośliny i drobnoustroje na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej e-mail.

„Dorrestein i współpracownicy dostarczają elegancki, bardzo potrzebny test, aby lepiej zbadać, jaka może być fizjologiczna rola jonów metali w komórce”, pisze w e-mailu Albert JR Heck, pionier analiz natywnej spektrometrii mas na Uniwersytecie w Utrechcie.„Możliwym następnym krokiem byłoby wyekstrahowanie metabolitów w natywnych warunkach z komórki i frakcjonowanie ich również w natywnych warunkach, aby zobaczyć, które metabolity przenoszą endogenne jony metali w komórce”.

Czas publikacji: 23 grudnia-2021