Identifying metal-binding small biological molecules

Etterligning av fysiologiske forhold hjelper forskere med å finne metallbindere

Forskere har utviklet en metode for å identifisere små molekyler som binder metallioner.Metallioner er essensielle i biologi.Men å identifisere hvilke molekyler – og spesielt hvilke små molekyler – disse metallionene samhandler med kan være utfordrende.

For å skille metabolitter for analyse, bruker konvensjonelle metabolomiske metoder organiske løsemidler og lave pH-er, noe som kan føre til at metallkomplekser dissosieres.Pieter C. Dorrestein fra University of California San Diego og medarbeidere ønsket å holde kompleksene sammen for analyse ved å etterligne de opprinnelige forholdene som finnes i cellene.Men hvis de brukte fysiologiske forhold under separasjonen av molekyler, ville de ha måttet reoptimalisere separasjonsforholdene for hver fysiologiske tilstand de ønsket å teste.

I stedet utviklet forskerne en to-trinns tilnærming som introduserer fysiologiske forhold mellom en konvensjonell kromatografisk separasjon og en massespektrometrisk analyse (Nat. Chem. 2021, DOI: 10.1038/s41557-021-00803-1).Først separerte de et biologisk ekstrakt ved bruk av konvensjonell høyytelses væskekromatografi.Deretter justerte de pH til strømmen som forlot den kromatografiske kolonnen for å etterligne fysiologiske forhold, tilsatte metallioner og analyserte blandingen med massespektrometri.De kjørte analysen to ganger for å få massespektre av små molekyler med og uten metaller.For å identifisere hvilke molekyler som binder metaller, brukte de en beregningsmetode som bruker toppformer for å utlede forbindelser mellom spektrene til bundne og ubundne versjoner.

En måte å etterligne fysiologiske forhold ytterligere, sier Dorrestein, ville være å tilsette høye konsentrasjoner av ioner som natrium eller kalium og lave konsentrasjoner av metallet av interesse.«Det blir et konkurranseeksperiment.Det vil i utgangspunktet fortelle deg, OK, dette molekylet under disse forholdene har mer tilbøyelighet til å binde natrium og kalium eller dette unike metallet du har tilsatt, sier Dorrestein."Vi kan tilføre mange forskjellige metaller samtidig, og vi kan virkelig forstå preferansen og selektiviteten i den sammenhengen."

I kulturekstrakter fra Escherichia coli identifiserte forskerne kjente jernbindende forbindelser som yersiniabactin og aerobactin.Når det gjelder yersiniabactin, oppdaget de at det også kan binde sink.

Forskerne identifiserte metallbindende forbindelser i prøver så komplekse som oppløst organisk materiale fra havet."Det er absolutt en av de mest komplekse prøvene jeg noen gang har sett på," sier Dorrestein."Det er sannsynligvis like komplekst som, om ikke mer komplekst enn, råolje."Metoden identifiserte domoinsyre som et kobberbindende molekyl og antydet at det binder Cu2+ som en dimer.

"En omics-tilnærming for å identifisere alle metallbindende metabolitter i en prøve er ekstremt nyttig på grunn av viktigheten av biologisk metallkelering," skriver Oliver Baars, som studerer metallbindende metabolitter produsert av planter og mikrober ved North Carolina State University. e-post.

"Dorrestein og medarbeidere gir en elegant, sårt tiltrengt analyse for å bedre undersøke hva den fysiologiske rollen til metallioner i cellen kan være," skriver Albert JR Heck, en pioner innen naturlig massespektrometri ved Utrecht University, i en e-post."Et mulig neste skritt ville være å trekke ut metabolittene under native forhold fra cellen og fraksjonere disse også under native forhold, for å se hvilke metabolitter som bærer hvilke endogene cellulære metallioner."

Innleggstid: 23. desember 2021