Ein-Schritt-Metabolomics: Kohlenhydrate, organische und Aminosäuren in einem einzigen Verfahren Quantifizierte
Summary
Die Urease-Methode der Probenvorbereitung für die GC / MS-Analyse der Vermittler Metaboliten von seinem Erfinder vorgestellt. Das Verfahren ermöglicht in einem Schritt Follow-up der Neugeborenen-Screening auf angeborene Störungen durch Tandem-Massenspektrometrie durch Quantifizierung Kohlenhydrate, organische und Aminosäuren alle in einem einzigen Prozess.
Abstract
Jedes Kind in den USA geboren ist nun für bis zu 42 seltene genetische Krankheiten abgeschirmt als "angeborene Stoffwechselstörungen." Die Screening-Methode beruht auf Tandem-Massenspektrometrie und quantifiziert Acylcarnitine als Bildschirm für organische acidemias und misst auch Aminosäuren. Alle Staaten führen auch enzymatische Tests für den Kohlenhydrat-Erkrankungen wie Galaktosämie. Da die Ergebnisse können unspezifische, Follow-up-Tests positive Ergebnisse ist erforderlich, über eine genauere Methode. Der vorliegende Bericht beschreibt die "Urease" Methode der Probenvorbereitung für die angeborene Störung Screening. Crystalline Enzym Urease wird Harnstoff aus Körperflüssigkeiten, die meisten anderen wasserlöslichen Metaboliten werden entwässert und derivatisiert für die Gaschromatographie in einem einzigen Verfahren erlaubt zu entfernen. Dehydration durch Verdunstung in einem Stickstoffstrom wird durch Zugabe von Acetonitril und Methylenchlorid erleichtert. Dann nimmt Trimethylsilylierung Platz in der Gegenwart eines einzigartigen Katalysator, Triethylammonium Trifluoracetat. Automated-Einspritzung und Chromatographie wird durch Makro-driven eigene Quantifizierung von 192 Metaboliten und Semi-Quantifizierung von allen wichtigen Komponente mit Fachbibliotheken der Massenspektren von TMS derivatisiert biologischen Verbindungen gefolgt. Die Analyse kann auf der weit verbreiteten Chemstation Plattform mit den Makros und Bibliotheken erhältlich vom Autor durchgeführt werden. In unserem Labor haben über 16.000 Patientenproben untersucht mit der Methode mit einer diagnostischen Ausbeute von etwa 17% – das ist, zeigen 17% der Proben Ergebnisse Ergebnisse, die auf vom Besteller Arzt gehandelt werden sollte. Eingeschlossen in diesen sind über 180 bestätigte angeborenen Fehler, von denen etwa 38% nicht diagnostiziert worden konnte mit den bisherigen Methoden.
Protocol
Discussion
Die Urease-Methode (1) wurde 62 Mal in der medizinischen Literatur mit verschiedenen Modifikationen zitiert. Matsumoto Gruppe (2,3) vereinfacht das Verfahren für das Hochdurchsatz-Screening bei Neugeborenen und berichtete über die Ergebnisse von 16000 Patienten. Kuhara und andere (4-7) haben die Verwendung der Methode in mehreren Fällen von angeborener Diagnose gemeldet und Follow-up. Rhead (8) bestätigte auch die Methode der Nutzen für die klinische Diagnostik und Follow-up von angeborenen Fehlern. Die Methode hat den Urin von Bären angewendet wurde, knock-out Mäuse, Elefanten und Homogenaten von ganzen Fruchtfliegen und deren Larven (9). Kulturmedien von Cryptococcus vor und nach der Mutagenese wurden ebenfalls analysiert, ohne die Urease Schritt (10). Das Verfahren wurde für die menschliche Ernährung Beurteilung wurde in Medizinstudenten angewendet, Down-Syndrom-Patienten und dementen älteren Veteranen nach dem Laden der Patienten mit oraler Gabe von Aminosäuren Tryptophan, Methionin und Isoleucin (11). Alle acht B-Vitamine wurden durch Quantifizierung der Abbauprodukte der drei Aminosäuren, die, unter ihnen verlangen, dass alle 8 Vitaminen zu irgendeinem Zeitpunkt in ihrem Abbau bewertet. Die toxischen Wirkungen von Arzneimitteln und deren Minderung durch Vitamin-Supplementierung ist berichtet worden (12). Fruchtwasser Proben von normalen und Down-Syndrom Schwangerschaften wurden analysiert und berichtet (13-15).
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Lage der technischen Hilfe von Anthony Thomas wird dankbar anerkannt.
Materials
| Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
|---|---|---|---|---|
| MSD 5975 | Agilent | GC/MS/Computer | ||
| MSD 5973 | Agilent | GC/MS/Computer | ||
| Urease | Calzyme | 116A0100 | Also Sigma C3 | |
| Stable Isotope Standards | CDN Isotopes, Isotec, Cambridge Isotope Lab | |||
| Solvents | Fisher | |||
| Analytes | Sigma, Universidad Autonoma de Madrid, Ernesto Brunet | |||
| GC Columns | J&W Scientific | 123-5026 | ||
| TEA/TFA | Fluka/Sigma | 09747 | ||
| Vials | Supelco/Sigma | Z115088/12EA | ||
| Merlin Microseal | Agilent | 5181-8815 | ||
| MSTFA | Thermal Scientific | 48913 |
References
- Shoemaker, J. D., Elliott, W. H. Automated screening of urine samples for carbohydrates, organic and amino acids after treatment with urease. J. Chromatogr. 562 (1-2), 125-138 (1991).
- Kuhara, T., Shinka, T., Inoue, Y., Ohse, M., Zhen-wei, X., Yoshida, I., Inokuchi, T., Yamaguchi, S., Takayanagi, M., Matsumoto, I. Pilot study of gas chromatographic-mass spectrometric screening of newborn urine for inborn errors of metabolism after treatment with urease. J Chromatogr B Biomed Sci Appl. 731 (1), 141-147 (1999).
- Fu, X., Iga, M., Kimura, M., Yamaguchi, S. Simplified screening for organic acidemia using GC/MS and dried urine filter paper: a study on neonatal mass screening. Early Hum Dev. 58 (1), 41-55 (2000).
- Kuhara, T., Ohdoi, C., Ohse, M. Simple gas chromatographic-mass spectrometric procedure for diagnosing pyrimidine degradation defects for prevention of severe anticancer side effects. J Chromatogr B Biomed Sci Appl. 758 (1), 61-74 (2001).
- Kuhara, T. Diagnosis of inborn errors of metabolism using filter paper urine, urease treatment, isotope dilution and gas chromatography-mass spectrometry. J Chromatogr B Biomed Sci Appl. 758, 3-25 (2001).
- Iga, M., Kimura, M., Ohura, T., Kikawa, Y., Yamaguchi, S. Rapid, simplified and sensitive method for screening fructose-1,6-diphosphatase deficiency by analyzing urinary metabolites in urease/direct preparations and gas chromatography-mass spectrometry in the selected-ion monitoring mode. J Chromatogr B Biomed Sci Appl. 746 (1), 75-82 (2000).
- Kuhara, T., Ohse, M., Ohdoi, C., Ishida, S. Differential diagnosis of homocystinuria by urease treatment, isotope dilution and gas chromatography-mass spectrometry. J Chromatogr B Biomed Sci Appl. 742 (1), 59-70 (2000).
- Young, V., Lo, S., Shoemaker, J., Thomas, A., Rhead, W. Validation and Extension of the Urease Method for Urine Organic and Amino Acid Analysis. , (2008).
- Smith, E. M., Hoi, J. T., Eissenberg, J. C., Shoemaker, J. D., Neckameyer, W. S., Ilvarsonn, A. M., Harshman, L. G., Schlegel, V. L., Zempleni, J. Feeding Drosophila a biotin-deficient diet for multiple generations increases stress resistance and lifespan and alters gene expression and histone biotinylation patterns. J Nutr. 137 (9), 2006-2012 (2007).
- Brown, S. M., Shoemaker, J. D., Lodge, J. K. The Importance of NADP+-Dependent Isocitrate Dehydrogenase in Resistance to Nitrosative Stress and the Inessentiality of Glucose-6-Phosphate Dehydrogenase for Oxidative Stress Resistance in Cryptococcus neoformans. Eukaryotic Cell. , (2010).
- Shoemaker, J. D. Nutritional Screening in Humans by Gas Chromatography-Mass Spectrometry of Urine Metabolites After Substrate Loading. , (1992).
- Baggot, P. J., Kalamarides, J. A., Shoemaker, J. D. Valproate-induced biochemical abnormalities in pregnancy corrected by vitamins: A Case Report. Epilepsia. 40 (44), 512-515 (1999).
- Baggot, P. J., Eliseo, A. J., Kalamarides, J. A., Shoemaker, J. D. A folate-dependent metabolite in amniotic fluid from pregnancies with normal or trisomy 21 chromosomes. Fetal Diagn Ther. 21 (1), 148-152 (2006).
- Baggot, P. J., Eliseo, A. J., DeNicola, N. G., Kalamarides, J. A., Shoemaker, J. D. Organic acid concentrations in amniotic fluid found in normal and Down syndrome pregnancies. Fetal Diagn Ther. 23 (3), 245-248 (2008).
- Baggot, P. J., Eliseo, A. J., DeNicola, N. G., Kalamarides, J. A., Shoemaker, J. D. Pyridoxine-related metabolite concentrations in normal and Down syndrome amniotic fluid. Fetal Diagn Ther. 23 (4), 254-257 (2008).
