Identifying metal-binding small biological molecules

Imitar les condicions fisiològiques ajuda els investigadors a trobar aglutinants metàl·lics

Els investigadors han desenvolupat un mètode per identificar petites molècules que uneixen ions metàl·lics.Els ions metàl·lics són essencials en biologia.Però identificar amb quines molècules, i especialment amb quines petites molècules, aquests ions metàl·lics interaccionen pot ser un repte.

Per separar els metabòlits per a l'anàlisi, els mètodes de metabolòmica convencionals utilitzen dissolvents orgànics i pH baixos, que poden provocar que els complexos metàl·lics es dissociïn.Pieter C. Dorrestein de la Universitat de Califòrnia a San Diego i els seus companys de feina volien mantenir els complexos junts per a l'anàlisi imitant les condicions natives que es troben a les cèl·lules.Però si utilitzen condicions fisiològiques durant la separació de molècules, haurien hagut de reoptimitzar les condicions de separació per a cada condició fisiològica que volien provar.

En canvi, els investigadors van desenvolupar un enfocament en dues etapes que introdueix condicions fisiològiques entre una separació cromatogràfica convencional i una anàlisi espectromètrica de masses (Nat. Chem. 2021, DOI: 10.1038/s41557-021-00803-1).Primer, van separar un extracte biològic mitjançant cromatografia líquida d'alt rendiment convencional.Després van ajustar el pH del flux que sortia de la columna cromatogràfica per imitar les condicions fisiològiques, van afegir ions metàl·lics i van analitzar la mescla amb espectrometria de masses.Van fer l'anàlisi dues vegades per obtenir espectres de masses de molècules petites amb i sense metalls.Per identificar quines molècules s'uneixen als metalls, van utilitzar un mètode computacional que utilitza formes de pic per inferir connexions entre els espectres de les versions lligades i no lligades.

Una manera d'imitar encara més les condicions fisiològiques, diu Dorrestein, seria afegir altes concentracions d'ions com el sodi o el potassi i concentracions baixes del metall d'interès.“Es converteix en un experiment de competició.Bàsicament us dirà, d'acord, aquesta molècula en aquestes condicions té més propensió a unir sodi i potassi o aquest metall únic que heu afegit", diu Dorrestein."Podem infusionar molts metalls diferents simultàniament i realment podem entendre la preferència i la selectivitat en aquest context".

En extractes de cultiu d'Escherichia coli, els investigadors van identificar compostos d'unió de ferro coneguts com la yersiniabactina i l'aerobactina.En el cas de la yersiniabactina, van descobrir que també pot unir zinc.

Els investigadors van identificar compostos d'unió de metalls en mostres tan complexos com la matèria orgànica dissolta de l'oceà."Aquesta és absolutament una de les mostres més complexes que he mirat mai", diu Dorrestein."Probablement sigui tan complex, si no més complex que el petroli cru".El mètode va identificar l'àcid domoic com una molècula que s'uneix al coure i va suggerir que s'uneix a Cu2+ com a dímer.

"Un enfocament òmic per identificar tots els metabòlits d'unió de metalls d'una mostra és extremadament útil per la importància de la quelació biològica de metalls", escriu Oliver Baars, que estudia els metabòlits d'unió de metalls produïts per plantes i microbis a la Universitat Estatal de Carolina del Nord, en un correu electrònic.

"Dorrestein i els seus companys de feina proporcionen un assaig elegant i molt necessari per investigar millor quin podria ser el paper fisiològic dels ions metàl·lics a la cèl·lula", escriu Albert JR Heck, pioner en anàlisis d'espectrometria de masses nativa a la Universitat d'Utrecht, en un correu electrònic."Un possible següent pas seria extreure els metabòlits en condicions natives de la cèl·lula i fraccionar-los també en condicions natives, per veure quins metabòlits porten quins ions metàl·lics cel·lulars endògens".

Hora de publicació: 23-12-2021