Identifying metal-binding small biological molecules

Efterligning af fysiologiske forhold hjælper forskere med at finde metalbindere

Forskere har udviklet en metode til at identificere små molekyler, der binder metalioner.Metalioner er essentielle i biologien.Men at identificere hvilke molekyler - og især hvilke små molekyler - disse metalioner interagerer med kan være udfordrende.

For at adskille metabolitter til analyse bruger konventionelle metabolomiske metoder organiske opløsningsmidler og lave pH-værdier, som kan få metalkomplekser til at dissociere.Pieter C. Dorrestein fra University of California San Diego og kolleger ønskede at holde komplekserne sammen til analyse ved at efterligne de native forhold, der findes i celler.Men hvis de brugte fysiologiske forhold under adskillelsen af molekyler, ville de have været nødt til at reoptimere separationsbetingelserne for hver fysiologisk tilstand, de ønskede at teste.

I stedet udviklede forskerne en to-trins tilgang, der introducerer fysiologiske forhold mellem en konventionel kromatografisk adskillelse og en massespektrometrisk analyse (Nat. Chem. 2021, DOI: 10.1038/s41557-021-00803-1).Først adskilte de et biologisk ekstrakt ved hjælp af konventionel højtydende væskekromatografi.Derefter justerede de pH af strømmen, der forlod den kromatografiske søjle, for at efterligne fysiologiske forhold, tilsatte metalioner og analyserede blandingen med massespektrometri.De kørte analysen to gange for at opnå massespektre af små molekyler med og uden metaller.For at identificere, hvilke molekyler der binder metaller, brugte de en beregningsmetode, der bruger topformer til at udlede forbindelser mellem spektrene af bundne og ubundne versioner.

En måde at efterligne fysiologiske forhold yderligere, siger Dorrestein, ville være at tilføje høje koncentrationer af ioner såsom natrium eller kalium og lave koncentrationer af metallet af interesse.”Det bliver et konkurrenceeksperiment.Det vil dybest set fortælle dig, OK, dette molekyle under disse forhold har mere tilbøjelighed til at binde natrium og kalium eller dette ene unikke metal, som du har tilføjet,” siger Dorrestein."Vi kan infundere mange forskellige metaller samtidigt, og vi kan virkelig forstå præferencen og selektiviteten i den sammenhæng."

I kulturekstrakter fra Escherichia coli identificerede forskerne kendte jernbindende forbindelser som yersiniabactin og aerobactin.I tilfældet med yersiniabactin opdagede de, at det også kan binde zink.

Forskerne identificerede metalbindende forbindelser i prøver så komplekse som opløst organisk stof fra havet."Det er absolut en af de mest komplekse prøver, jeg nogensinde har set på," siger Dorrestein."Det er sandsynligvis lige så komplekst som, hvis ikke mere komplekst end råolie."Metoden identificerede domoinsyre som et kobberbindende molekyle og foreslog, at det binder Cu2+ som en dimer.

"En omics-tilgang til at identificere alle metalbindende metabolitter i en prøve er ekstremt nyttig på grund af vigtigheden af biologisk metalchelering," skriver Oliver Baars, der studerer metalbindende metabolitter produceret af planter og mikrober ved North Carolina State University, i en e-mail.

"Dorrestein og kolleger giver en elegant, tiltrængt analyse for bedre at undersøge, hvad den fysiologiske rolle af metalioner i cellen kunne være," skriver Albert JR Heck, en pioner inden for native massespektrometri-analyser ved Utrecht University, i en e-mail."Et muligt næste skridt ville være at udtrække metabolitterne under native forhold fra cellen og fraktionere disse også under native betingelser for at se, hvilke metabolitter der bærer hvilke endogene cellulære metalioner."

Posttid: 23. december 2021