Identifying metal-binding small biological molecules

Meniru keadaan fisiologi membantu penyelidik mencari pengikat logam

Penyelidik telah membangunkan kaedah untuk mengenal pasti molekul kecil yang mengikat ion logam.Ion logam adalah penting dalam biologi.Tetapi mengenal pasti molekul yang mana—dan terutamanya molekul kecil yang mana—ion logam yang berinteraksi dengannya boleh menjadi mencabar.

Untuk mengasingkan metabolit untuk analisis, kaedah metabolomik konvensional menggunakan pelarut organik dan pH rendah, yang boleh menyebabkan kompleks logam tercerai.Pieter C. Dorrestein dari University of California San Diego dan rakan sekerja ingin mengekalkan kompleks bersama-sama untuk analisis dengan meniru keadaan asli yang terdapat dalam sel.Tetapi jika mereka menggunakan keadaan fisiologi semasa pemisahan molekul, mereka perlu mengoptimumkan semula keadaan pemisahan untuk setiap keadaan fisiologi yang ingin mereka uji.

Sebaliknya, penyelidik membangunkan pendekatan dua peringkat yang memperkenalkan keadaan fisiologi antara pemisahan kromatografi konvensional dan analisis spektrometri jisim (Nat. Chem. 2021, DOI: 10.1038/s41557-021-00803-1).Pertama, mereka mengasingkan ekstrak biologi menggunakan kromatografi cecair berprestasi tinggi konvensional.Kemudian mereka melaraskan pH aliran yang keluar dari lajur kromatografi untuk meniru keadaan fisiologi, menambah ion logam, dan menganalisis campuran dengan spektrometri jisim.Mereka menjalankan analisis dua kali untuk mendapatkan spektrum jisim molekul kecil dengan dan tanpa logam.Untuk mengenal pasti molekul yang mengikat logam, mereka menggunakan kaedah pengiraan yang menggunakan bentuk puncak untuk membuat kesimpulan hubungan antara spektrum versi terikat dan tidak terikat.

Satu cara untuk meniru lagi keadaan fisiologi, kata Dorrestein, adalah dengan menambah kepekatan ion yang tinggi seperti natrium atau kalium dan kepekatan rendah logam yang diminati.“Ia menjadi percubaan persaingan.Ia pada asasnya akan memberitahu anda, OK, molekul ini di bawah keadaan tersebut mempunyai lebih banyak kecenderungan untuk mengikat natrium dan kalium atau logam unik yang telah anda tambahkan ini, "kata Dorrestein."Kami boleh memasukkan banyak logam berbeza secara serentak, dan kami benar-benar dapat memahami keutamaan dan selektiviti dalam konteks itu."

Dalam ekstrak kultur daripada Escherichia coli, para penyelidik mengenal pasti sebatian pengikat besi yang diketahui seperti yersiniabactin dan aerobaktin.Dalam kes yersiniabactin, mereka mendapati bahawa ia juga boleh mengikat zink.

Para penyelidik mengenal pasti sebatian pengikat logam dalam sampel sebagai kompleks seperti bahan organik terlarut dari lautan."Itu benar-benar salah satu sampel paling kompleks yang pernah saya lihat," kata Dorrestein."Ia mungkin sekompleks, jika tidak lebih kompleks daripada, minyak mentah."Kaedah ini mengenal pasti asid domoik sebagai molekul pengikat kuprum dan mencadangkan bahawa ia mengikat Cu2+ sebagai dimer.

"Pendekatan omik untuk mengenal pasti semua metabolit pengikat logam dalam sampel sangat berguna kerana kepentingan pengkelasi logam biologi," Oliver Baars, yang mengkaji metabolit pengikat logam yang dihasilkan oleh tumbuhan dan mikrob di North Carolina State University, menulis dalam sebuah emel.

"Dorrestein dan rakan sekerja menyediakan ujian yang elegan, sangat diperlukan, untuk menyiasat dengan lebih baik apakah peranan fisiologi ion logam dalam sel," Albert JR Heck, perintis dalam analisis spektrometri jisim asli di Universiti Utrecht, menulis dalam e-mel."Langkah seterusnya yang mungkin adalah untuk mengekstrak metabolit di bawah keadaan asli dari sel dan memfraksinasinya juga di bawah keadaan asli, untuk melihat metabolit mana yang membawa ion logam selular endogen mana."

Masa siaran: Dis-23-2021