Artykuł metodologiczny

Bezwzględna kwantyfikacja metabolizmu syntezy białek bezkomórkowych za pomocą chromatografii cieczowej z odwróconymi fazami i spektrometrią mas

DOI:

10.3791/60329

25 października 2019

* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tutaj prezentujemy solidny protokół do ilościowego oznaczania 40 związków biorących udział w centralnym metabolizmie węgla i energii w reakcjach syntezy białek bez komórek. Bezkomórkowa mieszanina syntezy jest derywatyzowana aniliną w celu skutecznego rozdzielania za pomocą chromatografii cieczowej z odwróconymi fazami, a następnie oznaczana ilościowo za pomocą spektrometrii mas przy użyciu izotopowo znakowanych wzorców wewnętrznych.

Streszczenie

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bezkomórkowa synteza białek (CFPS) to nowa technologia w systemach i biologii syntetycznej do produkcji białek in vitro. Jeśli jednak CFPS ma wyjść poza laboratorium i stać się powszechną i standardową technologią produkcji just in time, musimy zrozumieć ograniczenia wydajności tych systemów. W odpowiedzi na to pytanie opracowaliśmy solidny protokół ilościowego oznaczania 40 związków biorących udział w glikolizie, szlaku pentozofosforanowym, cyklu kwasów trikarboksylowych, metabolizmie energetycznym i regeneracji kofaktora w reakcjach CFPS. W metodzie wykorzystuje się wzorce wewnętrzne oznaczone 13C-aniliną, natomiast związki w próbce są derywatyzowane 12C-aniliną. Wzorce wewnętrzne i próbkę zmieszano i przeanalizowano za pomocą chromatografii cieczowej ze spektrometrią mas z odwróconymi fazami (LC/MS). Koelucja związków wyeliminowała supresję jonów, umożliwiając dokładne określenie ilościowe stężeń metabolitów w zakresie 2-3 rzędów wielkości, gdzie średni współczynnik korelacji wynosił 0,988. Pięć z czterdziestu związków nie było oznakowanych aniliną, jednak nadal były one wykrywane w próbce CFPS i oznaczane ilościowo metodą krzywej standardowej. Przebieg chromatograficzny trwa około 10 minut. Podsumowując, opracowaliśmy szybką, solidną metodę separacji i dokładnego ilościowego oznaczania 40 związków wchodzących w skład CFPS w jednym cyklu LC/MS. Metoda ta jest kompleksowym i dokładnym podejściem do charakteryzowania metabolizmu bezkomórkowego, dzięki czemu ostatecznie możemy zrozumieć i poprawić wydajność, produktywność i efektywność energetyczną systemów bezkomórkowych.

Wprowadzenie

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bezkomórkowa synteza białek (CFPS) to obiecująca platforma do produkcji białek i substancji chemicznych, która tradycyjnie była zarezerwowana dla żywych komórek. Systemy bezkomórkowe pochodzą z surowych ekstraktów komórkowych i eliminują komplikacje związane ze wzrostem komórek1. Ponadto CFPS umożliwia bezpośredni dostęp do metabolitów i maszynerii biosyntezy bez ingerencji ściany komórkowej. Brakowało jednak podstawowej wiedzy na temat ograniczeń wydajności procesów bezkomórkowych. Wysokoprzepustowe metody kwantyfikacji metabolitów są cenne dla charakterystyki metabolizmu i mają kluczowe znaczenie dla budowy metabolicznych modeli obliczeniowych2,3,4. Typowe metody stosowane do określania stężeń metabolitów obejmują magnetyczny rezonans jądrowy (NMR), spektroskopię w podczerwieni z transformacją Fouriera (FT-IR), testy enzymatyczne i spektrometrię mas (MS)5,6,7,8. Metody te są jednak często ograniczone ze względu na ich niezdolność do skutecznego pomiaru wielu związków jednocześnie i często wymagają próbki o wielkości większej niż typowe reakcje bezkomórkowe. Na przykład testy oparte na enzymach mogą być często stosowane tylko do ilościowego oznaczania pojedynczego związku w serii i są ograniczone, gdy wielkość próbki jest mała, na przykład w bezkomórkowych reakcjach syntezy białek (zwykle przeprowadzanych w skali 10-15 μl). Tymczasem NMR wymaga dużej ilości metabolitów do wykrywania i kwantyfikacji5. W obliczu tych niedociągnięć, metody chromatograficzne w połączeniu ze spektrometrią mas (LC/MS) zapewniają kilka zalet, w tym wysoką czułość i możliwość jednoczesnego pomiaru wielu gatunków9; Złożoność analityczna znacznie wzrasta jednak wraz z liczbą i różnorodnością mierzonych gatunków. Dlatego ważne jest, aby opracować metody, które w pełni wykorzystają potencjał systemów LC/MS w zakresie wysokiej przepustowości. Związki w próbce rozdziela się metodą chromatografii cieczowej i identyfikuje za pomocą spektrometrii mas. Sygnał związku zależy od jego stężenia i skuteczności jonizacji, przy czym jonizacja może się różnić w zależności od związków, a także może zależeć od matrycy próbki.  

Osiągnięcie takiej samej efektywności jonizacji między próbką a wzorcami jest wyzwaniem przy użyciu LC/MS do ilościowego oznaczania analitów. Co więcej, kwantyfikacja staje się trudniejsza w przypadku różnorodności metabolitów ze względu na podział sygnału i niejednorodność powinowactwa i polaryzacji protonów10. Wreszcie, matryca koelucyjna próbki może również wpływać na wydajność jonizacji związków. Aby rozwiązać te problemy, metabolity mogą być derywatyzowane chemicznie, co zwiększa rozdzielczość i czułość separacji przez systemy LC/MS, jednocześnie zmniejszając w niektórych przypadkach rozszczepianie sygnału10,11. Derywatyzacja chemiczna polega na znakowaniu określonych grup funkcyjnych metabolitów w celu dostosowania ich właściwości fizycznych, takich jak ładunek lub hydrofobowość, w celu zwiększenia wydajności jonizacji11. Różne środki znakujące mogą być stosowane do celowania w różne grupy funkcyjne (np. aminy, hydroksyle, fosforany, kwasy karboksylowe itp.). Anilina, jeden z takich środków do derywatyzacji, celuje w wiele grup funkcyjnych jednocześnie i dodaje składnik hydrofobowy do cząsteczek hydrofilowych, zwiększając w ten sposób ich rozdzielczość separacji i signal12. Aby rozwiązać problem efektu tłumienia jonów w matrycy koelucyjnej, Yang i współpracownicy opracowali technikę opartą na znakowaniu technologii wzorców wewnętrznych specyficznych dla grupy (GSIST), w której wzorce są oznaczane izotopami aniliny 13C i mieszane z próbką12,13. Metabolit i odpowiadający mu wzorzec wewnętrzny mają taką samą wydajność jonizacji, ponieważ współeluują, a ich stosunek intensywności można wykorzystać do ilościowego określenia stężenia w próbce doświadczalnej.

W tym badaniu opracowaliśmy protokół do wykrywania i ilościowego oznaczania 40 związków biorących udział w glikolizie, szlaku pentozy fosforanowej, cyklu kwasów trikarboksylowych, metabolizmie energii i regeneracji kofaktora w reakcjach CFPS. Metoda opiera się na podejściu GSIST, w którym użyliśmy 12C-aniliny i 13C-aniliny do znakowania, wykrywania i ilościowego oznaczania metabolitów za pomocą odwróconej fazy LC/MS. Zakres liniowy wszystkich związków wynosił 2-3 rzędy wielkości ze średnim współczynnikiem korelacji wynoszącym 0,988. W związku z tym metoda ta jest solidnym i dokładnym podejściem do badania metabolizmu wolnego od komórek i ewentualnie ekstraktów z całych komórek.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Przygotowanie odczynników do znakowania aniliny

  1. Przygotować 6 M roztwór aniliny o pH 4,5. Pracując w okapie, połącz 550 μl aniliny z 337,5 μl wody klasy LCMS i 112,5 μl 12 M kwasu solnego (HCl) w probówce wirówkowej. Dobrze przemieszać i przechowywać w temperaturze 4 °C.
    UWAGA: Anilina może być przechowywana w temperaturze 4 °C przez 2 miesiące.
    UWAGA: Anilina jest wysoce toksyczna i powinna być używana w dygestorium. Kwas solny jest silnie
  2. Przygotować 6 M 13C roztwór aniliny o pH 4,5. Połączyć 250 mg 13C 6-aniliny ze 132 μl wody i 44 μl 12 M HCl. Dobrze przemieszać i przechowywać w temperaturze 4 °C.
  3. Przygotować 200 mg/ml roztworu chlorowodorku N-(3-dimetyloaminopropylo)-N-etylokarbodimidu (EDC). Rozpuścić 2 mg EDC w 10 μl wody dla każdej próbki, która ma być oznaczona i dobrze przemieszać.
    UWAGA: Roztwór EDC należy przygotować tego samego dnia, w którym nastąpiła reakcja. EDC działa jako katalizator derywatyzacji związków z aniliną12.

2. Przygotowanie standardów

  1. Sporządzić oddzielne roztwory podstawowe wszystkich związków rozpuszczonych w wodzie o czystości LC/MS (Tabela 1).
  2. Przygotowanie roztworu podstawowego wzorca wewnętrznego
    1. Połącz wszystkie związki z wyjątkiem dinukleotydu nikotynamidoadeninowego (NAD), fosforanu dinukleotydu nikotynamidoadeninowego (NADP), dinukleotydu flawinoadeninowego (FAD), acetylokoenzymu A (ACA) i 3-fosforanu glicerolu (Gly3P), o odpowiednich objętościach, aby utworzyć 2 mM roztwór podstawowy wszystkich związków.
  3. Połącz NAD, NADP, FAD, ACA i Gly3P z odpowiednimi objętościami, aby utworzyć roztwór podstawowy o wielkości 2 mM.

3. Przygotowanie próbki (Rysunek 1)

  1. Schładź i wytrącaj białka w bezkomórkowej reakcji syntezy białek, dodając do reakcji równą objętość lodowatego 100% etanolu. Odwirować próbkę o sile 12 000 x g przez 15 minut w temperaturze 4 °C. Przenieść supernatant do nowej probówki wirówkowej.
    UWAGA: W tym momencie próbki mogą być przechowywane w temperaturze -80 °C i analizowane w późniejszym czasie

4. Reakcja na etykietowanie

  1. Etykietowanie próbki roztworem 12C-aniliny
    1. Przenieść 6 μl próbki do nowej probówki wirówkowej i doprowadzić objętość do 50 μl wodą.
      UWAGA: Wielkość próbki objętościowej może zależeć od konkretnej reakcji CFPS.
    2. Dodać 5 μl 200 mg/ml roztworu EDC.
    3. Dodać 5 μl 12roztworu C-aniliny.
      UWAGA: Roztwór aniliny rozdziela się na dwie fazy. Dobrze wymieszaj przed dodaniem do reakcji.
    4. Wirować reakcję z delikatnym wstrząsaniem przez 2 godziny w temperaturze pokojowej.
    5. Po 2 godzinach wyjąć probówki z wytrząsarki i dodać 1,5 μl trietyloaminy (TEA) do reakcji w dygestorium.
      UWAGA: Trietyloamina podnosi pH roztworu, co zatrzymuje reakcję znakowania aniliną i stabilizuje związki.
      UWAGA: Trietyloamina jest toksyczna i powoduje podrażnienie oczu i dróg oddechowych.
    6. Wirować przy 13 500 x g przez 3 min.
  2. Znakowanie wzorców wewnętrznych roztworem 13C-aniliny
    1. Rozcieńczyć wewnętrzny roztwór podstawowy do objętości 80 μM o końcowej objętości 50 μl.
      UWAGA: Stężenie wzorców wewnętrznych można dostosować do poziomów zbliżonych do próbki doświadczalnej.
    2. Dodać 5 μl 200 mg/ml roztworu EDC.
    3. Dodać 5 μl 13roztworu C-aniliny.
    4. Wirować reakcję z delikatnym wstrząsaniem przez 2 godziny w temperaturze pokojowej.
    5. Po 2 godzinach wyjmij probówki z wytrząsarki i dodaj 1,5 μl herbaty do reakcji w dygestorium.
    6. Wirować przy 13 500 x g przez 3 min.
  3. Łączenie oznaczonego wzorca wewnętrznego i oznaczonej próbki
    1. Zmieszać 25 μl próbki znakowanej 12C-aniliną z 25 μl wzorca znakowanego 13C-aniliną.
    2. Przenieść do fiolki z automatycznym samplerem i przeprowadzić analizę zgodnie z procedurą LC/MS.
  4. Tworzenie krzywej wzorcowej dla nieoznakowanych metabolitów
    1. Rozcieńczyć roztwór podstawowy nieoznakowanych metabolitów (NAD, NADP, FAD, ACA i Gly3P) do końcowych stężeń 320 μM, 80 μM, 20 μM i 5 μM o objętości 50 μL.
    2. Dodać 5 μl 200 mg/ml roztworu EDC.
    3. Dodać 5 μl 12roztworu C-aniliny.
    4. Wirować reakcję z delikatnym wstrząsaniem przez 2 godziny w temperaturze pokojowej.
    5. Po 2 godzinach wyjmij probówki z wytrząsarki i dodaj 1,5 μl herbaty do reakcji w dygestorium.
    6. Wirować przy 13 500 x g przez 3 min.
    7. Przenieść supernatant do fiolki z automatycznym samplerem i przeprowadzić analizę zgodnie z procedurą LC/MS.
      UWAGA: Nieoznakowane metabolity postępują zgodnie z tą samą procedurą co próbka, aby powtórzyć matrycę próbki w celu utrzymania podobnej wydajności jonizacji.

5. Konfiguracja procedury LC/MS

  1. Przygotowanie rozpuszczalników
    1. Przygotować 5 mM wodnego roztworu tributyloaminy (TBA) dostosowanego do pH 4,75 z kwasem octowym.
      UWAGA: TBA w fazie ruchomej pomaga analitom osiągnąć dobrą rozdzielczość i separację14.
    2. Przygotować 5 mM TBA w acetonitrylu (ACN).
    3. Przygotuj rozpuszczalnik do mycia z 5% wodą i 95% ACN.
    4. Przygotować rozpuszczalnik czyszczący z 95% wodą i 5% ACN.
  2. Konfiguracja warunków MS
    1. Ustaw spektrometr mas w trybie jonów ujemnych z temperaturą sondy 520 °C, ujemnym napięciem kapilary -0,8 kV, dodatnim napięciem kapilary 0,8 kV i ustaw oprogramowanie tak, aby pozyskiwało dane z prędkością 5 punktów/s.
    2. Ustaw wybrane zapisy jonów (SIR) dla każdego metabolitu o określonych napięciach stożka i wartościach masy nad ładunkiem (m/z). Patrz tabela 1.
  3. Inicjalizacja LC/MS zgodnie z instrukcjami producenta
    1. Zalać przewody rozpuszczalnikowe w menedżerze rozpuszczalników na 3 minuty.
    2. Zagruntować rozpuszczalnik do płukania (5% wody, 95% ACN) i rozpuszczalnik czyszczący (95% wody, 5% ACN) przez 15 sekund przez 5 cykli.
    3. Ustawić menedżer próbek na 10 °C.
    4. Zainstaluj kolumnę C18 (1.7 μm, 2.1 mm x 150 mm) i zainicjuj kolumnę ze 100% ACN przy 0.3 ml/min przez 10 minut.
    5. Kondycjonować kolumnę w 95% wody i 5% ACN w 0,3 ml/min przez 10 minut przed wprowadzeniem rozpuszczalników z.
    6. Kondycjonować kolumnę w 95% rozpuszczalniku A (5 mM TBA wodnego, pH 4,75) i 5% rozpuszczalniku B (5 mM TBA w ACN) w temperaturze 0,3 ml/min przez 10 minut.
    7. Ustal protokół gradientu, w którym elucja rozpoczyna się od 95% rozpuszczalnika A i 5% rozpuszczalnika B, podniesiona do 70% rozpuszczalnika B w ciągu 10 minut, podniesiona do 100% rozpuszczalnika B w ciągu 2 minut i utrzymywana w 100% rozpuszczalniku B przez 3 minuty. Wróć do warunków początkowych (95% rozpuszczalnika A, 5% rozpuszczalnika B) przez 1 minutę i przytrzymaj przez 9 minut, aby ponownie wyrównać kolumnę.
    8. Kondycjonować kolumnę za pomocą protokołu gradientu 3 razy przed jakimkolwiek wstrzyknięciem do kolumny.
  4. Wstrzykiwanie próbki i wzorców
    1. Wstrzyknąć 5 μl próbki do kolumny i uzyskać odpowiednią intensywność jonów m/z dla próbki znakowanej 12C-aniliną.
    2. Ponownie wstrzyknąć 5 μl tej samej próbki, ale tym razem uzyskać intensywność jonów m/z dla 13wzorców oznaczonych C-aniliną.
      UWAGA: Nasz system LC/MS nie jest w stanie uzyskać zarówno intensywności 12C, jak i 13C m/z w określonych oknach czasowych SIR, ponieważ jest to zbyt dużo danych do pozyskania w określonym oknie czasowym. Dlatego wstrzykujemy tę samą próbkę dwukrotnie.
    3. Wstrzyknąć nieoznakowane wzorce metabolitów od najniższego do najwyższego stężenia i zapisać odpowiednie intensywności jonów m/z.

6. Kwantyfikacja

  1. Tworzenie metody eksportu
    1. W oprogramowaniu do akwizycji danych wybierz Plik > Nowa metoda > Metoda eksportu.
    2. Określ nazwę pliku, na przykład AnilineTagging_Date.
    3. Zaznacz opcję Eksportuj plik ASCII i wybierz katalog, do którego chcesz wyeksportować plik tekstowy.
    4. W polu Typ raportu wybierz pozycję Podsumowanie według wszystkich.
    5. W polu Ograniczniki w polu Kolumna wybierz ,. W polu Wiersz wybierz opcję [cr][if].
    6. W polu Tabela wybierz opcję Eksportuj, a następnie Edytuj tabelę, aby uwzględnić nazwę próbki, obszar, wysokość, ilość i jednostki.
    7. Zapisz metodę eksportu.
  2. Kwantyfikacja metabolitów za pomocą wzorców wewnętrznych przy użyciu oprogramowania do akwizycji danych
    1. Na karcie Sample Sets (Zestawy próbek) kliknij prawym przyciskiem myszy odpowiedni przebieg LC/MS i wybierz opcję View as > Channels (Wyświetl jako kanały ).
    2. Wybierz wszystkie kanały SIR dla 13wewnętrznych wzorców C-aniliny dla jednego wstrzyknięcia, kliknij prawym przyciskiem myszy i wybierz Przejrzyj.
    3. Jeśli okno Układ metody przetwarzania LC nie pojawi się automatycznie, przejdź do opcji Widok układu metody przetwarzania >
    4. W Processing Method Layout przejdź do zakładki Integration i ustaw ApexTrack jako algorytm.
    5. Przejdź do zakładki Wygładzanie i ustaw typ na Średnia, a poziom wygładzania na 13,
      UWAGA: Można wybrać dowolny poziom wygładzania, o ile jest on spójny we wszystkich próbkach.
    6. W zakładce MS Channel wyłącz MS 3D Processing.
    7. W oknie kanału SIR zintegruj każdy szczyt, po jednym kanale na raz. Po zintegrowaniu piku przejdź do Opcje > Wypełnij z wyniku, a szczegóły piku zostaną wypełnione w zakładce Komponenty. Zmień nazwę piku na odpowiadającą jej nazwę złożoną.
    8. Po ocenie wszystkich kanałów SIR zapisz metodę przetwarzania i zamknij okno.
    9. Wybierz wszystkie kanały SIR próbki oznaczonej 13C-aniliną i 12C-aniliną, kliknij prawym przyciskiem myszy i wybierz Proces.
    10. Zaznacz pole Proces, wybierz opcję Użyj określonej metody przetwarzania i wybierz metodę przetwarzania, która została właśnie zapisana. Zaznacz również pole Eksportuj, wybierz Użyj określonej metody eksportu i wybierz zapisaną wcześniej metodę eksportu. Kliknij przycisk OK.
    11. Otwórz wyeksportowany plik tekstowy w programie Excel i oblicz stężenie nieznanego związku za pomocą:
      figure-protocol-1
      gdzie Cx,i jest stężeniem nieznanego próbki dla metabolitu i, Ax,i jest obszarem całkowania nieznanego metabolitu i, Astd,i jest obszarem całkowania wzorca wewnętrznego metabolitu i, Cstd,i jest stężeniem wzorca wewnętrznego metabolitu i, a D jest współczynnikiem rozcieńczenia.
  3. Kwantyfikacja nieznakowanych metabolitów za pomocą krzywej wzorcowej
    1. Na karcie Sample Sets (Zestawy próbek) kliknij prawym przyciskiem myszy odpowiedni przebieg LC/MS i wybierz opcję View as > Channels (Wyświetl jako kanały ).
    2. Wybierz wszystkie kanały SIR dla nieoznakowanych standardów jednego wstrzyknięcia, kliknij prawym przyciskiem myszy i wybierz Przejrzyj.
    3. Jeśli okno Układ metody przetwarzania LC nie pojawi się automatycznie, przejdź do opcji Widok układu metody przetwarzania >
    4. W Processing Method Layout przejdź do zakładki Integration i ustaw ApexTrack jako algorytm.
    5. Przejdź do zakładki Wygładzanie i ustaw typ na Średnia, a poziom wygładzania na 13,
      UWAGA: Można wybrać dowolny poziom wygładzania, o ile jest on spójny we wszystkich próbkach.
    6. W zakładce MS Channel wyłącz MS 3D Processing.
    7. W oknie kanału SIR zintegruj każdy szczyt, po jednym kanale na raz. Po zintegrowaniu piku przejdź do Opcje > Wypełnij z wyniku, a szczegóły piku zostaną wypełnione w zakładce Komponenty. Zmień nazwę piku na odpowiadającą jej nazwę złożoną.
    8. Po ocenie wszystkich kanałów SIR zapisz metodę przetwarzania i zamknij okno.
    9. Na karcie Sample Sets (Zestawy próbek) kliknij prawym przyciskiem myszy na zestaw próbek i wybierz opcję Alter Sample.
    10. Wybierz opcję Kwota w nowym oknie.
    11. Wybierz opcję kopiuj z metody procesu i wybierz metodę procesu, która została właśnie zapisana.
    12. Wprowadź stężenie każdego metabolitu dla każdej fiolki i wprowadź jednostkę jako <μM dla każdego składnika (lub odpowiedniej jednostki) i wybierz przycisk OK.
    13. Ponownie wybierz przykładowy zestaw, kliknij prawym przyciskiem myszy, Wyświetl jako > kanały.
    14. Zaznacz wszystkie kanały SIR nieoznakowanych metabolitów dla wzorców, kliknij prawym przyciskiem myszy i wybierz Proces.
    15. Zaznacz pole Proces i wybierz opcję Użyj określonej metody przetwarzania. Wybierz odpowiednią metodę przetwarzania i kliknij przycisk OK.
    16. Wybierz kanały SIR dla wszystkich nieoznakowanych metabolitów dla próbek, kliknij prawym przyciskiem myszy i wybierz Proces.
    17. Zaznacz pole Proces, wybierz opcję Użyj określonej metody przetwarzania i wybierz metodę przetwarzania, która została właśnie zapisana. Zaznacz również pole Eksportuj, wybierz Użyj określonej metody eksportu i wybierz zapisaną wcześniej metodę eksportu. Kliknij przycisk OK.
    18. Określ ilościowo nieoznakowane metabolity za pomocą krzywej standardowej i wyeksportuj wyniki do pliku tekstowego do określonego katalogu.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Jako dowód słuszności koncepcji, użyliśmy protokołu do ilościowego określenia metabolitów w systemie CFPS opartym na E. coli, wyrażającym białko zielonej fluorescencji (GFP). Reakcja CFPS (14 μL) została wygaszona i odbiałczona etanolem. Próbka CFPS została następnie oznaczona 12C-aniliną, podczas gdy wzorce zostały oznaczone 13C-aniliną. Oznaczoną próbkę i wzorce połączono następnie i wstrzyknięto do LC/MS (Rysunek 1). W protokole wykryto i określono ilościowo 40 metabo...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Systemy bezkomórkowe nie mają ściany komórkowej, dzięki czemu istnieje bezpośredni dostęp do metabolitów i maszynerii biosyntetycznej bez konieczności skomplikowanego przygotowywania próbek. Jednak bardzo niewiele pracy włożono w opracowanie dokładnych i solidnych protokołów do ilościowego badania bezkomórkowych systemów reakcyjnych. W tym badaniu opracowaliśmy szybką, solidną metodę ilościowego oznaczania metabolitów w bezkomórkowych mieszaninach reakcyjnych i potencjalnie w ekstraktach całokomórkowych. Indywidualne ozn...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Opisana praca była wspierana przez Centrum Fizyki Metabolizmu Nowotworów poprzez Nagrodę Numer 1U54CA210184-01 od National Cancer Institute ( https://www.cancer.gov/ ). Wyłączną odpowiedzialność za treść ponoszą autorzy i niekoniecznie reprezentują one oficjalne poglądy National Cancer Institute lub National Institutes of Health. Fundatorzy nie odgrywali żadnej roli w projektowaniu badania, gromadzeniu i analizie danych, podejmowaniu decyzji o publikacji lub przygotowaniu manuskryptu.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
12C AnilinaSigma-Aldrich242284Anilina 12C 13C
znakowana anilinaSigma-Aldrich485797Anilina 13C6
Kwas 3-fosfoglicerynowy KwasSigma-AldrichP88773PG
FisherScientificAC222140010ACE
Acetonitryl, LCMSJT BAKER9829-03ACN
Acetylokoenzym ASigma-AldrichA2056ACA
Acquity UPLC BEH C18 1,7 μ M, 2,1 x 150 mm Wody kolumnowe186002353Kolumna
Difosforan adenozynySigma-AldrichA2754ADP
Monofosforan adenozynySigma-AldrichA1752AMP
Trifosforan adenozynySigma-AldrichA2383ATP
Alfa-ketoglutaranSigma-AldrichK1128aKG
CytrynianSigma-Aldrich251275CIT
Difosforan cytydynySigma-AldrichC9755CDP
Monofosforan cytydynySigma-AldrichC1006CMP
Trifosforan cytydynySigma-AldrichC9274CTP
3-fosforan D-glicerynySigma-Aldrich39705GAP
4-fosforanerytrozySigma-AldrichE0377E4P
EtanolSigma-AldrichEX0276EtOH
Fisher Scientific accuSpin Micro 17 WirówkaFisherScientificWirówka
Dinukleotyd flawinoadeninowySigma-AldrichF6625FAD
1,6-bisfosforan fruktozySigma-AldrichF6803F16P
6-fosforan fruktozySigma-AldrichF3627F6P
FumaranSigma-AldrichF8509FUM
Glukonian 6-fosforanSigma-AldrichP78776PG
GlukozaSigma-AldrichG8270GLC
Glukoza 6-fosforanSigma-AldrichG7879G6P
3-fosforan gliceroluSigma-AldrichG7886Gly3P
Difosforan guanozynySigma-AldrichG7127GDP
Monofosforan guanozynySigma-AldrichG8377GMP
Trifosforan guanozynySigma-AldrichG8877GTP
Kwas solnySigma-Aldrich258148HCl
IzocytrynianSigma-AldrichI1252Mleczan ICIT
Jabłczan Sigma-AldrichL1750LAC
Sigma-Aldrich02288MAL
myTXTL - Sigma 70 Master Mix KitArborBiosciences507024Bezkomórkowa synteza białek
Chlorowodorek N-(3-dimetyloaminopropylo)-N′-etylokarbodimiduSigma-Aldrich03449EDC
Dinukleotyd nikotynamidoadeninowySigma-Aldrich43410NAD
Fosforan dinukleotydu nikotynamidoadeninowegoSigma-AldrichN5755NADP
Zredukowany fosforan dinukleotydu nikotynamidoadeninowegoSigma-Aldrich481973NADPH
Dinukleotyd nikotynamidoadeninowyzredukowany Sigma-AldrichN8129NADH
SzczawiotanianSigma-AldrichO4126OAA
FosfoenolopirogronianSigma-AldrichP0564PEP
PirogronianSigma-AldrichP5280PYR
5-fosforan rybozySigma-AldrichR7750R5P
Rybuloza 5-fosforanCarboSynthMR45852RL5P
7-fosforan sedoheptulozyCarboSynthMS07457S7P
BursztynianSigma-AldrichS3674SUCC
TributyloaminaSigma-Aldrich90780TBA
TrietyloaminaFisherScientificO4884TEA
ultraczysta wodaFisherScientific10977-015woda
Difosforan urydynySigma-AldrichU4125UDP
Monofosforan urydynySigma-AldrichU6375UMP
Trifosforan urydynySigma-AldrichU6625UTP
VWR Heavy Duty VortexVWRVortex
Water, LCMSJT BAKER9831-03WATER
Waters Acquity H Klasa UPLC Czwartorzędowy rozpuszczalnik ManagerWodyLCMS
Waters Acquity H UPLC Class Sample Manager FTNWatersLCMS
Detektor Waters Acquity QdaWodyLCMS
Waters Empower 3WatersSoftware
Waters LCMS Fiolka do całkowitego odzyskiwaniaWody186000384cFiolka LCMS
octowy

Bibliografia

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Hodgman, C. E., Jewett, M. C. Cell-free synthetic biology: thinking outside the cell. Metabolic Engineering. 14, 261-269 (2012).
  2. Vilkhovoy, M., et al. Sequence specific modeling of E. coli cell-free protein synthesis. ACS Synthetic Biology. 7 (8), 1844-1857 (2018).
  3. Vilkhovoy, M., Minot, M., Varner, J. D. Effective dynamic models of metabolic networks. IEEE Life Sciences Letters. 2 (4), 51-54 (2016).
  4. Horvath, N., et al. Toward a genome scale sequence specific dynamic model of cell-free protein synthesis in Escherichia coli. bioRxiv. , 215012(2017).
  5. Dettmer, K., Aronov, P. A., Hammock, B. D. Mass spectrometry-based metabolomics. Mass spectrometry reviews. 26 (1), 51-78 (2007).
  6. Hajjaj, H., Blanc, P. J., Goma, G., François, J. Sampling techniques and comparative extraction procedures for quantitative determination of intra- and extracellular metabolites in filamentous fungi. FEMS Microbiology Letters. 164 (1), 195-200 (1998).
  7. Ruijter, G. J. G., Visser, J. Determination of intermediary metabolites in Aspergillus niger. Journal of Microbiological Methods. 25 (3), 295-302 (1996).
  8. Mailinger, W., Baltes, M., Theobald, U., Reuss, M., Rizzi, M. In vivo analysis of metabolic dynamics in Saccharomyces cerevisiae: I. Experimental observations. Biotechnology and Bioengineering. 55 (2), 305-316 (1997).
  9. Dunn, W. B., et al. Mass appeal: metabolite identification in mass spectrometry-focused untargeted metabolomics. Metabolomics. 9 (1), 44-66 (2013).
  10. Huang, T., Toro, M., Lee, R., Hui, D. S., Edwards, J. L. Multi-functional derivatization of amine, hydroxyl, and carboxylate groups for metabolomic investigations of human tissue by electrospray ionization mass spectrometry. Analyst. 143 (14), 3408-3414 (2018).
  11. Huang, T., Armbruster, M. R., Coulton, J. B., Edwards, J. L. Chemical Tagging in Mass Spectrometry for Systems Biology. Analytical Chemistry. 91 (1), 109-125 (2019).
  12. Yang, W. C., Sedlak, M., Regnier, F. E., Mosier, N., Ho, N., Adamec, J. Simultaneous quantification of metabolites involved in central carbon and energy metabolism using reversed-phase liquid chromatography-mass spectrometry and in vitro 13C labeling. Analytical Chemistry. 80 (24), 9508-9516 (2008).
  13. Jannasch, A., Sedlak, M., Adamec, J. Quantification of Pentose Phosphate Pathway (PPP) Metabolites by Liquid Chromatography-Mass Spectrometry (LC-MS). Metabolic Profiling. Methods in Molecular Biology 708 (Methods and Protocols). Metz, T. O. , Humana Press. New York, NY. 159-171 (2011).
  14. Luo, B., Groenke, K., Takors, R., Wandrey, C., Oldiges, M. Simultaneous determination of multiple intracellular metabolites in glycolysis, pentose phosphate pathway, and tricarboxylic acid cycle by liquid chromatography-mass spectrometry. Journal of Chromatography A. 1147 (2), 153-164 (2007).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Ilo ciowe oznaczanie metabolit wLC MS w odwr conej faziepochodne anilinystandardy wewn trznecentralny metabolizm w glowymetabolizm energetycznyrozdzia metabolit wanaliza LC MS

Powiązane artykuły