Identifying metal-binding small biological molecules

Имитирането на физиологични условия помага на изследователите да намерят метални свързващи вещества

Изследователите са разработили метод за идентифициране на малки молекули, които свързват метални йони.Металните йони са от съществено значение в биологията.Но идентифицирането с кои молекули - и особено с кои малки молекули - взаимодействат тези метални йони, може да бъде предизвикателство.

За разделяне на метаболитите за анализ, конвенционалните метаболомични методи използват органични разтворители и ниски pH, които могат да причинят дисоцииране на метални комплекси.Pieter C. Dorrestein от Калифорнийския университет в Сан Диего и колегите искаха да запазят комплексите заедно за анализ, като имитират естествените условия, открити в клетките.Но ако са използвали физиологични условия по време на разделянето на молекулите, те ще трябва да оптимизират отново условията на разделяне за всяко физиологично състояние, което са искали да тестват.

Вместо това изследователите разработиха двуетапен подход, който въвежда физиологични условия между конвенционалното хроматографско разделяне и масспектрометричния анализ (Nat. Chem. 2021, DOI: 10.1038/s41557-021-00803-1).Първо, те отделят биологичен екстракт с помощта на конвенционална високоефективна течна хроматография.След това регулират рН на потока, излизащ от хроматографската колона, за да имитират физиологични условия, добавят метални йони и анализират сместа с масспектрометрия.Те проведоха анализа два пъти, за да получат мас спектри на малки молекули със и без метали.За да идентифицират кои молекули свързват металите, те са използвали изчислителен метод, който използва форми на пик, за да заключи връзките между спектрите на свързаните и несвързаните версии.

Един от начините за по-нататъшно имитиране на физиологичните условия, казва Дорестайн, би било добавянето на високи концентрации на йони като натрий или калий и ниски концентрации на метала, който представлява интерес.„Това се превръща в състезателен експеримент.Това основно ще ви каже, ОК, тази молекула при тези условия има по-голяма склонност да свързва натрий и калий или този уникален метал, който сте добавили“, казва Дорещайн."Можем да влеем много различни метали едновременно и наистина можем да разберем предпочитанията и селективността в този контекст."

В културни екстракти от Escherichia coli изследователите идентифицираха известни съединения, свързващи желязото, като йерсиниабактин и аеробактин.В случая с йерсиниабактин те открили, че той може да свързва и цинк.

Изследователите идентифицираха метал-свързващи съединения в проби, толкова сложни, колкото разтворената органична материя от океана.„Това е абсолютно една от най-сложните проби, които някога съм разглеждал“, казва Дорестайн.„Вероятно е толкова сложно, ако не и по-сложно от суровия петрол.”Методът идентифицира домоовата киселина като мед-свързваща молекула и предполага, че тя свързва Cu2+ като димер.

„Подходът на omics за идентифициране на всички метал-свързващи метаболити в пробата е изключително полезен поради важността на биологичното хелиране на метали“, пише Оливър Баарс, който изучава метал-свързващите метаболити, произведени от растения и микроби в Щатския университет на Северна Каролина. електронна поща.

„Дорещайн и колегите му предоставят елегантен, много необходим анализ за по-добро изследване каква би могла да бъде физиологичната роля на металните йони в клетката“, пише в имейл Алберт Дж. Р. Хек, пионер в анализите на естествената мас спектрометрия в университета в Утрехт.„Възможна следваща стъпка би била да се извлекат метаболитите при естествени условия от клетката и да се фракционират и при естествени условия, за да се види кои метаболити кои ендогенни клетъчни метални йони носят.”

Време за публикуване: 23 декември 2021 г