Журнал гликомики и липидомики
Открытый доступ

Абстрактный

Аналитические соображения по поводу маркировки стабильными изотопами в липидомике

Александр Трейбл

За последние два десятилетия липиды стали пониматься как нечто большее, чем просто компоненты клеточных мембран и формы хранения энергии, и теперь также предполагается, что они играют важную роль в различных заболеваниях, при этом исследование липидных биомаркеров является одним из наиболее распространенных применений липидомных методов как в научных исследованиях, так и в клинических условиях. Маркировка стабильными изотопами стала основным методом анализа метаболизма и динамики малых молекул, поскольку это единственная экспериментальная установка, с помощью которой можно напрямую измерить биосинтез, ремоделирование и деградацию биомолекул. Используя самые современные аналитические технологии, такие как тандемная масс-спектрометрия высокого разрешения с хроматографией, стабильная изотопная метка может быть точно локализована и количественно определена в биомолекулах. Однако применение маркировки стабильными изотопами в липидомике осложняется разнообразием липидов и сложностью необходимого анализа данных. В этой статье обсуждаются ключевые экспериментальные аспекты маркировки стабильных изотопов в области липидомики на основе масс-спектрометрии, обобщаются текущие приложения и дается обзор будущих разработок и потенциала. Высокопроизводительная липидомика имеет большой потенциал при исследовании роли липидов в клеточном метаболизме. Существует большое количество препаратов, которые могут вмешиваться в нормальные пути метаболизма липидов, и современные липидомные методы позволяют контролировать уровни сотен липидов одновременно. Однако настоящая высокопроизводительная липидомика по-прежнему включает в себя последующее преодоление нескольких проблем. Во-первых, очистка образцов, чтобы можно было измерить их липидный состав. Установленные протоколы извлечения липидов включают экстракцию жидкость-жидкость. Липидомика — это изучение клеточных липидов и их роли в здоровье и болезнях. Область приобрела известность в начале 2000-х годов и теперь стала незаменимой в фундаментальных и клинических исследованиях, поскольку липиды все больше выходят из рассмотрения как просто молекулы для хранения энергии, и вместо этого оказываются вовлеченными во множество патологических состояний, таких как метаболический синдром, сердечно-сосудистые и нейродегенеративные заболевания, а также рак. Большинство липидомных исследований основаны на определении уровней липидов и на их сравнении либо между больными и контрольными группами, в разные моменты времени или до и после лечения. Это по замыслу всего лишь статическое измерение того, что на самом деле является очень динамичным метаболизмом, и всякий раз, когда, например, различия вконцентрации циркулирующих липидов в плазме, это может быть связано либо с разной скоростью синтеза или деградации, либо с высвобождением из другого пула хранения. Например, увеличение триацилглицеридов плазмы может быть связано с поглощением из пищи или высвобождением из жировой ткани. Хотя эту разницу невозможно оценить с помощью подходов, основанных на чистой концентрации, она может иметь важные различные биохимические последствия. Хотя абсолютная концентрация фосфатидной кислоты постоянно низкая, она по-прежнему имеет высокую скорость метаболического потока и из-за своего центрального положения в метаболических путях фосфолипидов постоянно биосинтезируется и перерабатывается в другие фосфолипиды. Поэтому, когда дело доходит до исследования метаболизма липидов и динамики-биосинтеза напрямую, маркировка стабильными изотопами транспорта, взаимопревращения и деградации является методом выбора и обеспечивает дополнительное измерение информации к абсолютным количественным значениям. Во всех исследованиях маркировки стабильными изотопами метка стабильного изотопа в субстрате, обычно  ¹³ C или дейтерий ( ² H), метаболизируется во все полученные метаболиты. Таким образом, отслеживание стабильных изотопов позволяет определить метаболическую судьбу предшественников, меченых стабильными изотопами. Этот подход использовался еще в 1930-х годах, когда маркировка дейтерием впервые была использована для исследования метаболизма жирных кислот у мышей и определения того, что даже при гипокалорийной диете жирные кислоты в рационе не окисляются немедленно, а сохраняются и высвобождаются из жировой ткани. Задолго до эпохи биоаналитической масс-спектрометрии содержание дейтерия измерялось с помощью рефрактометрии и денситометрии в воде после сжигания меченых биомолекул. В настоящее время современные приборы предлагают гораздо более высокий уровень детализации. Сочетание хроматографии и масс-спектрометрии позволяет не только определять общую маркировку; Вместо этого можно исследовать маркировку отдельных видов липидов, и даже локализацию и обогащение метки в липидах можно определить с помощью соответствующих стратегий анализа. Маркировка стабильными изотопами уже применялась в многочисленных исследованиях липидного метаболизма, а используемые методы развивались со временем и с появлением доступного аналитического оборудования. В этой статье обсуждаются основы и важные экспериментальные аспекты маркировки стабильными изотопами для применения в липидомике на основе масс-спектрометрии, а также предлагается взгляд на будущее и потенциал этой методики.Маркировка стабильными изотопами — это мощный метод с многообещающими приложениями. Он позволяет проводить прямой анализ распределения питательных веществ, метаболизма, превращения в метаболиты и судьбы полученных метаболитов. В отличие от радиоактивной маркировки, нет никаких опасностей или проблем безопасности, что делает этот метод особенно подходящим для изучения метаболизма у людей. Будущие исследования с использованием маркировки стабильными изотопами в липидомике, вероятно, будут использовать сверхвысокое разрешение по массе, использовать методы множественных трассеров и использовать информационное содержание тандемных масс-спектров для локализации и количественной оценки обогащения метками в липидных строительных блоках. Все это в совокупности позволит исследовать метаболизм липидов с беспрецедентной детализацией, значительно продвинув наши знания о роли липидов в здоровье и болезнях.