مقالة منهجية

خطوة واحدة Metabolomics : الكربوهيدرات والأحماض الأمينية والعضوية والكمية في إجراء واحد

16.3K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/2014

⸱

يونيو 25, 2010

1Edward A. Doisy Department of Biochemistry and Molecular Biology, Saint Louis University School of Medicine

في هذه المقالة

ملخص

ويقدم الأسلوب اليورياز إعداد نموذج لGC / MS تحليل الأيضات وسيط من قبل مخترعها. الأسلوب يسمح خطوة واحدة متابعة فحص حديثي الولادة عن الأخطاء التي خلقي مطياف الكتلة جنبا إلى جنب عن طريق تحديد كمية الكربوهيدرات العضوية ، والأحماض الأمينية في كل عملية واحدة.

الملخص

الآن هو فحص كل الرضع المولودين في الولايات المتحدة لمدة تصل إلى 42 الاضطرابات الوراثية النادرة يسمى "أخطاء في استقلاب خلقي". ويستند أسلوب الفرز على جنب الطيف الكتلي والكمي acylcarnitines كشاشة للacidemias العضوية والتدابير أيضا الأحماض الأمينية. جميع الدول أيضا إجراء اختبار الأنزيمية للاضطرابات مثل الكربوهيدرات جود الغالاكتوز في الدم. لأن النتائج قد تكون هناك حاجة غير محددة ، ومتابعة النتائج الإيجابية لاختبار باستخدام أسلوب أكثر تحديدا. هذا التقرير يصف "اليورياز" طريقة إعداد العينات للفحص خطأ خلقي. يتم استخدام انزيم اليورياز البلورية لإزالة اليوريا من سوائل الجسم التي تسمح معظم الدول الأخرى للذوبان في الماء لتكون الأيضات المجففة وderivatized اللوني للغاز في إجراء واحد. ومما يسهل الجفاف عن طريق التبخر في تيار النيتروجين بإضافة أسيتونتريل وكلوريد الميثيلين. ثم ، trimethylsilylation يحدث في وجود محفز trifluoroacetate triethylammonium فريدة. ويتبع الحقن الآلي واللوني التي يحركها الكمي الماكرو المخصصة من 192 الأيضات وشبه الكمي من كل مكون رئيسي باستخدام المكتبات المتخصصة الأطياف كتلة من المركبات البيولوجية derivatized TMS. ويمكن إجراء تحليل على منصة Chemstation المستخدمة على نطاق واسع باستخدام وحدات الماكرو والمكتبات المتاحة من المؤلف. في المختبر لدينا ، وقد تم تحليل عينات من أكثر من 16،000 مريض باستخدام طريقة العائد مع التشخيص من حوالي 17 ٪ -- وهذا هو ، 17 ٪ من نتائج العينات تكشف النتائج التي ينبغي أن تتصرف بناء على طلب من قبل الطبيب. تدرج في هذه الأخطاء أكثر من 180 خلقي المؤكدة ، والتي لا يمكن أن حوالي 38 ٪ وقد تم تشخيص باستخدام الأساليب السابقة.

البروتوكول

الداخلي لمعالجة عينات البول

  1. ذوبان الجليد في عينة البول في حمام ماء C ° 37. صب في وعاء جديد إذا تم المساس الأصلي.
  2. قسامة اتخاذ أقصى من 13 مل من العينة وتخزينها في -20 درجة مئوية في أنبوب الطرد المركزي المسمى المخروطية.
  3. قياس وتسجيل الكثافة الضوئية للعينة عن طريق وضع بضع قطرات من البول في الإنكسار.
  4. تصفية العينة من خلال مرشح 0.2 ميكرون.
  5. قياس من حجم عينة أدناه وفقا لكثافة بصرية
    1،000-1،009 1.00 مل
    1،010-1،019 0.50 مل
    1،020-1،050 0.25 + 0.25 مل مل H 2 O
  6. ثم يتم نقل حجم المحدد إلى Reactivial تحتوي على المعايير الداخلية التالية : 500 nanomoles (nmoles) 3 الكرياتين ؛ nmoles 10 د 3 حمض الميثيل ؛ 100 nmoles كل من ال 13 التالية C 3 اكتات ، 13 C 3 البيروفات ، 13 C 2 15 N جليكاين ، د 3 سيرين ، د 5 فينيلالاناين ، د hexanoylglycine 11 ، 15 N 2 orotate ، د 4 حمض sebacic ، 13 C 6 الجلوكوز ، د 6 د 5 اينوزيتول والتربتوفان.
  7. يضاف 20 microliters (ميكرولتر) من وحدات 7.5 / ميكرولتر من حل اليورياز (Calzyme مختبرات كتالوج لا. 116A0100) إلى نموذج ، والذي يتم مسح ثم ومختومة تحت CO 2 من خلال الحاجز الخاملة.
  8. يقام في العينة 37 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة مع المزيد من غاز ثاني أكسيد الكربون وأضاف في الدقيقة 15 للحفاظ على فترات الضغط.
  9. يضاف 20 ميكرولتر أكثر من حل اليورياز ، يتم مسح القارورة مع ثاني أكسيد الكربون ، والحفاظ على عينة بلغت 37 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة أخرى.
  10. 500 ميكرولتر من الأسيتون 30:70 : يضاف الميثانول ، ويتم استبدال الحاجز المطاطي مع الحاجز تفلون المغلفة ، ويتم تبريد العينة في -20 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة.
  11. تتم إزالة المواد الصلبة بواسطة الطرد المركزي عند 1500 دورة في الدقيقة 10 × دقائق ثم يصب في Reactivial نظيفة سم مكعب 2.0 (Supelco / سيغما)
  12. إضافة trifluoroacetate triethylammonium (الشاي / TFA) (سيغما) كما يلي :
    • 20 ميكرولتر لعينات 1.00 مل
    • 40 ميكرولتر عن 0.5 لتر ، أو أقل من العينات ،
  13. أعلى قبالة مع أسيتونتريل ومكان تحت دفق النيتروجين في 70 درجة مئوية حتى يتحقق حجم ثابت (الشاي / TFA ستبقى) (~ 15 دقيقة).
  14. كرر الخطوة 13 ، وتصل إلى 4 مرات حتى أشكال يعجل (~ 10 دقيقة لكل منهما).
  15. السماح لتبرد لمدة 2 دقيقة. أعلى قبالة مع كلوريد الميثيلين ، والحرص على غلي أكثر ، والجافة (~ 04:00 دقيقة).
  16. كرر الخطوة 15.
  17. إضافة MSTFA (N - N - ميثيل trimethylsilyltrifluoroacetamide) (الحرارية العلمية) بالمعدلات التالية :
    • 150 ميكرولتر لعينات 1.00 مل
    • 200 ميكرولتر ل0.50 مل أو أقل العينات ،
  18. تحت غطاء جو النيتروجين واحتضان عند 70 درجة مئوية لمدة 1 ساعة.
  19. نقل إلى microvials ، في ظل أجواء النيتروجين ، لتحليل الطيف اللوني على / كتلة الغاز.
  20. microvials مكان الحقن الآلي من قبل GC 5975 اجيلنت / MS : درجات الحرارة في الصك هي : حاقن 200 درجة مئوية ، واجهة 250 درجة مئوية ، والفرن 80 درجة مئوية لمدة 1 دقيقة ؛ المنحدر الواقع عند 4 درجات مئوية / دقيقة 80-130 درجة مئوية ، في المنحدر 6 ° C / دقيقة 130-200 درجة مئوية ، في منحدر 12 درجة مئوية / دقيقة 200-285 درجة مئوية ، وعقد لمدة 10 دقيقة. العمود : 25 م ، 320 ميكرون معرف ، و 0.5 ميكرون سماكة الفيلم DB - 5. المواصفات الشامل : مصدر 230 درجة مئوية ، رباعية 150 درجة مئوية ، والمسح الضوئي في AMU 50-650 2.46 بفحص / ثانية. مذيب تأخير 3.5 دقيقة.

ممثل النتائج

الرجاء انقر هنا لرؤية النتائج التمثيلية.

المناقشة

وقد استشهد الأسلوب اليورياز (1) 62 مرات في الأدبيات الطبية مع تعديلات مختلفة. مبسط مجموعة من ماتسوموتو (2،3) لإجراء الفرز الفائق الإنتاجية الولدان وأفادت النتائج من 16000 مريض. وأفادت Kuhara وغيرهم (4-7) استخدام الأسلوب في عدة حالات التشخيص خطأ خلقي والمتابعة. Rhead (8) وأكد أيضا فائدة طريقة للتشخيص السريري ومتابعة الأخطاء خلقي. وقد تم تطبيق الأسلوب الذي البول من الدببة ، خروج المغلوب الفئران والفيلة والخليط من ذباب الفاكهة كلها ويرقاتها (9). كما تم تحليل الثقافة من وسائل الاعلام قبل وبعد المستخفية موقع الموجه الطفرات ، دون أن يكون خطوة اليورياز (10). وقد تم تطبيق أسلوب لتقييم التغذية البشرية في طلاب الطب ، المرضى متلازمة داون وقدامى المحاربين المسنين الجنونية بعد تحميل الموضوعات مع جرعات فموية من الأحماض الأمينية التربتوفان ، وآيسولوسين ميثيونين (11). تم تقييم كل ثمانية الفيتامينات B - عن طريق قياس المنتجات انهيار ثلاث حوامض أمينية التي من بينها ، تتطلب من جميع الفيتامينات 8 في بعض نقطة في تدهورها. كانت التأثيرات السمية للمستحضرات الصيدلانية والتخفيف من حدتها من خلال مكملات فيتامين ذكرت (12). وقد تم تحليل عينات من السائل الامنيوسي الحمل متلازمة داون وطبيعية وذكرت (13-15).

الإفصاحات

مختبر فحص الاستقلابية هي مختبر CLIA المرخصة السريرية التي تملكها جامعة سانت لويس ، وهو مؤسسة غير ربحية. الدكتور الإسكافي لا الربح مباشرة من عائدات المختبر ، ولكن قد تستفيد بشكل غير مباشر من إنتاجية المختبر. تعتبر أيا من الأساليب والتقنيات والنتائج ، ويتراوح العادي ، وحدات الماكرو ، والبرمجيات والمكتبات ، أو استنتاجات الملكية ومتاحة بحرية للأطراف المعنية.

شكر وتقدير

مع التقدير والإمتنان المساعدة التقنية قادرة توماس أنتوني.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
MSD 5975Agilent Technologiesجهاز GC/MS/كمبيوتر
MSD 5973Agilent Technologiesجهاز GC/MS/كمبيوتر
يورياز (Urease)Calzyme116A0100يتوفر أيضاً من Sigma C3
معايير النظائر المستقرةCDN Isotopes
مذيباتFisher Scientific
مواد تحليليةSigma-Aldrich
أعمدة GCJ&W Scientific123-5026
TEA/TFAFluka09747
قواريرSupelco, Sigma-AldrichZ115088/12EA
مرلين ميكروسيل (Merlin Microseal)Agilent Technologies5181-8815
MSTFAThermal Scientific, Inc.48913

المراجع

  1. Shoemaker, J. D., Elliott, W. H. Automated screening of urine samples for carbohydrates, organic and amino acids after treatment with urease. J. Chromatogr. 562 (1-2), 125-138 (1991).
  2. Kuhara, T., Shinka, T., Inoue, Y., Ohse, M., Zhen-wei, X., Yoshida, I., Inokuchi, T., Yamaguchi, S., Takayanagi, M., Matsumoto, I. Pilot study of gas chromatographic-mass spectrometric screening of newborn urine for inborn errors of metabolism after treatment with urease. J Chromatogr B Biomed Sci Appl. 731 (1), 141-147 (1999).
  3. Fu, X., Iga, M., Kimura, M., Yamaguchi, S. Simplified screening for organic acidemia using GC/MS and dried urine filter paper: a study on neonatal mass screening. Early Hum Dev. 58 (1), 41-55 (2000).
  4. Kuhara, T., Ohdoi, C., Ohse, M. Simple gas chromatographic-mass spectrometric procedure for diagnosing pyrimidine degradation defects for prevention of severe anticancer side effects. J Chromatogr B Biomed Sci Appl. 758 (1), 61-74 (2001).
  5. Kuhara, T. Diagnosis of inborn errors of metabolism using filter paper urine, urease treatment, isotope dilution and gas chromatography-mass spectrometry. J Chromatogr B Biomed Sci Appl. 758, 3-25 (2001).
  6. Iga, M., Kimura, M., Ohura, T., Kikawa, Y., Yamaguchi, S. Rapid, simplified and sensitive method for screening fructose-1,6-diphosphatase deficiency by analyzing urinary metabolites in urease/direct preparations and gas chromatography-mass spectrometry in the selected-ion monitoring mode. J Chromatogr B Biomed Sci Appl. 746 (1), 75-82 (2000).
  7. Kuhara, T., Ohse, M., Ohdoi, C., Ishida, S. Differential diagnosis of homocystinuria by urease treatment, isotope dilution and gas chromatography-mass spectrometry. J Chromatogr B Biomed Sci Appl. 742 (1), 59-70 (2000).
  8. Validation and Extension of the Urease Method for Urine Organic and Amino Acid Analysis. Young, V., Lo, S., Shoemaker, J., Thomas, A., Rhead, W. Society for Inherited Metabolic Disorders Annual Meeting, 2008 Mar, Asilomar, California, , (2008).
  9. Smith, E. M., Hoi, J. T., Eissenberg, J. C., Shoemaker, J. D., Neckameyer, W. S., Ilvarsonn, A. M., Harshman, L. G., Schlegel, V. L., Zempleni, J. Feeding Drosophila a biotin-deficient diet for multiple generations increases stress resistance and lifespan and alters gene expression and histone biotinylation patterns. J Nutr. 137 (9), 2006-2012 (2007).
  10. Brown, S. M., Shoemaker, J. D., Lodge, J. K. The Importance of NADP+-Dependent Isocitrate Dehydrogenase in Resistance to Nitrosative Stress and the Inessentiality of Glucose-6-Phosphate Dehydrogenase for Oxidative Stress Resistance in Cryptococcus neoformans. Eukaryotic Cell. , (2010).
  11. Shoemaker, J. D. Nutritional Screening in Humans by Gas Chromatography-Mass Spectrometry of Urine Metabolites After Substrate Loading. , (1992).
  12. Baggot, P. J., Kalamarides, J. A., Shoemaker, J. D. Valproate-induced biochemical abnormalities in pregnancy corrected by vitamins: A Case Report. Epilepsia. 40 (44), 512-515 (1999).
  13. Baggot, P. J., Eliseo, A. J., Kalamarides, J. A., Shoemaker, J. D. A folate-dependent metabolite in amniotic fluid from pregnancies with normal or trisomy 21 chromosomes. Fetal Diagn Ther. 21 (1), 148-152 (2006).
  14. Baggot, P. J., Eliseo, A. J., DeNicola, N. G., Kalamarides, J. A., Shoemaker, J. D. Organic acid concentrations in amniotic fluid found in normal and Down syndrome pregnancies. Fetal Diagn Ther. 23 (3), 245-248 (2008).
  15. Baggot, P. J., Eliseo, A. J., DeNicola, N. G., Kalamarides, J. A., Shoemaker, J. D. Pyridoxine-related metabolite concentrations in normal and Down syndrome amniotic fluid. Fetal Diagn Ther. 23 (4), 254-257 (2008).

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

خطوة واحدة Metabolomics : الكربوهيدرات والأحماض الأمينية والعضوية والكمية في إجراء واحد
تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.