إعداد عينات اليرقات المورفولوجية للفصل اللوني للغاز-الكتلي (GC-MS)-على أساس جميع
Summary
ويصف هذا البروتوكول كيفية إعداد اليرقات المورفولوجية لتحليل GC-MS-تعتمد metabolomic.
Abstract
وقد أنشأت التطورات الأخيرة في هذا مجال جميع ذبابة الفاكهة melanogaster المورفولوجية كنموذج وراثية قوية لدراسة الأيض الحيواني. عن طريق الجمع بين مجموعة واسعة من أدوات المورفولوجية الوراثية مع القدرة على مسح مساحات كبيرة من الأيض الوسيطة، يمكن أن تكشف عن نهج جميع التفاعلات المعقدة بين النظام الغذائي والوراثي وتاريخ حياة الأحداث ومنبهات بيئية. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن اكتشاف الآليات الانزيمية رواية جميع الدراسات وكشف اتصالات مجهولة بين المسارات الأيضية التي تبدو متباينة. من أجل تيسير توسيع نطاق استخدام هذه التكنولوجيا مجتمع المورفولوجية ، هنا نقدم بروتوكول تفصيلية التي توضح هذه المقالة كيفية إعداد عينات اليرقات المورفولوجية للفصل اللوني للغاز-الكتلي (GC-MS)- على أساس تحليل metabolomic. لدينا بروتوكول يتضمن وصفاً لجمع العينات اليرقات واستخراج المستقلب، derivatization الكيميائية وتحليل GC-MS. النجاح في إنجاز هذا البروتوكول سوف تسمح للمستخدمين لقياس الوفرة النسبية لنواتج الأيض القطبية الصغيرة، بما في ذلك الأحماض الأمينية والسكريات والأحماض العضوية تشارك في دورات TCA وتحلل.
Introduction
ذبابة الفاكهة melanogaster المورفولوجية برز كنظام مثالي لدراسة الآلية الجزيئية التي تنظم الأيض الوسيطة. ليس فقط هي حفظت معظم الأيضية بين البشر و المورفولوجية ، ولكن أجهزة الاستشعار المغذيات الرئيسية ومنظمات النمو، مثل الأنسولين، تور، وحركة، تنشط أيضا في أن يطير1،2. كنتيجة لذلك، يمكن استخدام المورفولوجية لاستكشاف الأساس الأيضي للأمراض البشرية تتراوح بين مرض السكري والسمنة نيوروديجينيريشن والسرطان. وفي هذا الصدد، وضع اليرقات المورفولوجية يوفر الإطار المثالي لدراسة برنامج الاستقلابية المعروفة بتحلل الهوائية، أو تأثير واربورغ. تماما كما استخدم العديد من الأورام تحلل الهوائية لتوليد طاقة الكتلة الأحيائية من الكربوهيدرات، حتى للقيام المورفولوجية اليرقات تنشيط تحلل الهوائية لتعزيز النمو التنموي3،،من45. أوجه التشابه هذه بين اليرقات والتمثيل الغذائي الورم تنشئ المورفولوجية كنموذج رئيسي لفهم كيف الهوائية تحلل التنظيم في فيفو.
وعلى الرغم من حقيقة أن الطاير قد برز كنموذج شعبية لدراسة الأيض، تعتمد معظم الدراسات المورفولوجية على الأساليب التي تم تصميمها لقياس نواتج الأيض الفردية3، مثل تريهالوسي أو الشحوم ATP. منذ بروتوكول معين مطلوب لقياس كل المستقلب، الدراسات على أساس مقايسة كثيفة العمالة ومكلفة، ومنحازة إلى تلك المركبات التي يمكن أن تقاس باستخدام مجموعات تجارية. التوصل إلى حل لهذه القيود برز من الحقل لجميع، الذي يوفر وسيلة أكثر كفاءة وغير متحيزة لدراسة الأيض المورفولوجية . خلافا لدراسة على أساس المقايسة، يمكن إجراء تحليل metabolomic واحد في نفس الوقت قياس المئات من جزيء صغير من الأيض وتوفير فهم شامل للكائن الحي حالة ايضية6،7. هذا الأسلوب اتسع إلى حد كبير نطاق الدراسات المورفولوجية الأيضية ويمثل مستقبل هذا المجال الناشئ8.
وتجري دراسات Metabolomic أساسا باستخدام ثلاث تقنيات: (ط) الرنين المغناطيسي النووي (الرنين المغناطيسي النووي) و (ثانيا) السائل اللوني-الكتلي (LC-MS) (ثالثا) الفصل اللوني للغاز-قياس الطيف الكتلي (GC-MS)9. يقدم كل نهج متميز من مزايا وعيوب، وكل من هذه التقنيات قد استخدمت بنجاح دراسة الأيض المورفولوجية . نظراً للبحث الذي أجرى في المختبر لدينا يركز على نواتج الأيض الصغيرة، والقطبية، نحن نوظف أسلوب GC-MS-تعتمد أساسا. GC-MS ويوفر للمستخدم مع عدد من المزايا، بما في ذلك إمكانية تكرار نتائج عالية، القرار الذروة، والحساسية، وتوفر مكتبة الطيفية الأثر (الصناعات الاستخراجية) إلكترون القياسية التي تسمح التعرف السريع على اكتشاف الأيضية ميزات10،11. ومع ذلك، إعداد العينات ل GC-MS، معقد نوعا ما ويتطلب عناية بالتفاصيل. يجب جمع العينات وغسلها ووزنه والمجمدة بطريقة يروي بسرعة التفاعلات الأيضية. وعلاوة على ذلك، الذبيحة يطير مقاوم للبروتوكولات القياسية التجانس ويتطلب طاحونة حبة لضمان استخراج المستقلب الأمثل. وأخيراً، يجب أن تخضع العينات التي تم تحليلها بواسطة GC-MS derivatization الكيميائية قبل الكشف عن12. بينما تصف الأساليب المنشورة سابقا كل هذه الخطوات3،،من1314، يزال يلزم بروتوكول بصرية التي تسمح للمستخدم المبتدئ بتكاثر توليد بيانات عالية الجودة. هنا نظهر كيفية تحضير عينات اليرقات المورفولوجية لتحليل جميع GC-MS-تعتمد. يسمح هذا البروتوكول المستخدم لقياس العديد من نواتج الأيض القطبية الصغيرة التي تؤلف استقلاب الكربون وسط تكاثر.
Protocol
Representative Results
Discussion
جميع يوفر فرصة لا مثيل لها لدراسة التفاعلات الأيضية التي تؤلف أيض وسيطة. الحساسية لهذه التكنولوجيا، ومع ذلك، يجعل البيانات عرضه للخلفية الوراثية والعظة التنموية، ومجموعة متنوعة من الضغوط البيئية، بما في ذلك درجة الحرارة، والرطوبة، والكثافة السكانية، وتوافر المغذيات. ولذلك، عالية يتطلب…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وبفضل الأعضاء في مرفق مطيافية الكتلة جامعة إنديانا وجامعة يوتا جميع مرفق الأساسية للمساعدة في الاستفادة المثلى من هذا البروتوكول. J.M.T. معتمد من قبل المعهد الوطني للعلوم الطبية العامة “معاهد الصحة الوطنية في” إطار جائزة رقم R35GM119557.
Materials
| Unsulfured blackstrap molasses | Good Food, INC | ||
| Drosophila Agar Type II | Genesee Scientific | 66-103 | |
| Pyridine | EMD Millipore | PX2012-7 | |
| Methoxyamine hydrocholoride (MOX) | MP Biomedicals, LLC | 155405 | |
| MSTFA with 1% trimethylchlorosilane | Sigma | 69478 | |
| Fleischmann’s Active dry yeast | AB Mauri Food Inc | 2192 | |
| 6oz Drosophila stock bottle | Genesee Scientific | 32-130 | |
| Soft tissue homogenizing mix (2 mL tubes) | Omni International | SKU:19-627 | |
| Vial insert, 250 µL deactivated glass with polymer feet | Agilent | 5181-8872 | |
| Succinic acid-2,2,3,3-d4 | Sigma | 293075 | |
| SpeedVac | Thermo | SC210A | |
| o-Phosphoric acid | Fisher Scientific | A242-1 | |
| Propionic acid | Sigma | P5561 | |
| p-Hydroxy benzoic acid methyl ester | Genesee Scientific | 20-258 | |
| Bead Ruptor | Omni International | SKU:19-040E | |
| ThermoMixer F1.5 | Eppendorf | 5384000012 | |
| MultiTherm Shaker with a 24 X 12 mm block | Benchmark Scientific | H5000 | |
| Methanol | Sigma | 34860 | |
| 1.5 mL centrifuge tube | Eppendorf | 22364111 | |
| Falcon 35 X 10 mm tissue culture dish | Corning Incorporated | 353001 | |
| GC column | Phenomex | ZB-5MSi |
References
- Owusu-Ansah, E., Perrimon, N. Modeling metabolic homeostasis and nutrient sensing in Drosophila: implications for aging and metabolic diseases. Disease Models & Mechanisms. 7 (3), 343-350 (2014).
- Sieber, M. H., Spradling, A. C. The role of metabolic states in development and disease. Current Opinion in Genetics & Development. 45, 58-68 (2017).
- Tennessen, J. M., Barry, W. E., Cox, J., Thummel, C. S. Methods for studying metabolism in Drosophila. Methods. 68 (1), 105-115 (2014).
- Li, H., et al. Drosophila larvae synthesize the putative oncometabolite L-2-hydroxyglutarate during normal developmental growth. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (6), 1353-1358 (2017).
- Tennessen, J. M., Baker, K. D., Lam, G., Evans, J., Thummel, C. S. The Drosophila Estrogen-Related Receptor Directs a Metabolic Switch that Supports Developmental Growth. Cell Metabolism. 13 (2), 139-148 (2011).
- Nicholson, J. K., Lindon, J. C., Holmes, E. Metabonomics’: understanding the metabolic responses of living systems to pathophysiological stimuli via multivariate statistical analysis of biological NMR spectroscopic data. Xenobiotica. 29 (11), 1181-1189 (1999).
- Fiehn, O. Metabolomics – the link between genotypes and phenotypes. Plant Molecular Biology. 48 (1-2), 155-171 (2002).
- Cox, J. E., Thummel, C. S., Tennessen, J. M. Metabolomic Studies in Drosophila. Genetics. 206 (3), 1169-1185 (2017).
- Lenz, E. M., Wilson, I. D. Analytical strategies in metabonomics. Journal of Proteome Research. 6 (2), 443-458 (2007).
- Pasikanti, K. K., Ho, P. C., Chan, E. C. Y. Gas chromatography/mass spectrometry in metabolic profiling of biological fluids. Journal of Chromatography B-Analytical Technologies in the Biomedical and Life Sciences. 871 (2), 202-211 (2008).
- Want, E. J., Nordstrom, A., Morita, H., Siuzdak, G. From exogenous to endogenous: The inevitable imprint of mass spectrometry in metabolomics. Journal of Proteome Research. 6 (2), 459-468 (2007).
- Garcia, A., Barbas, C., Metz, T. O. . Metabolic Profiling: Methods and Protocols Vol. 708 Methods in Molecular Biology. , 191-204 (2011).
- Chan, E. C. Y., Pasikanti, K. K., Nicholson, J. K. Global urinary metabolic profiling procedures using gas chromatography-mass spectrometry. Nature Protocols. 6 (10), 1483-1499 (2011).
- Dunn, W. B., et al. Procedures for large-scale metabolic profiling of serum and plasma using gas chromatography and liquid chromatography coupled to mass spectrometry. Nature Protocols. 6 (7), 1060-1083 (2011).
- Ashburner, M. . Drosophila: A Laboratory Manual. , 171-178 (1989).
- Biyasheva, A., Do, T. V., Lu, Y., Vaskova, M., Andres, A. J. Glue secretion in the Drosophila salivary gland: a model for steroid-regulated exocytosis. Developmental Biology. 231 (1), 234-251 (2001).
- Lommen, A. MetAlign: Interface-driven, versatile metabolomics tool for hyphenated full-scan mass spectrometry data preprocessing. Analytical Chemistry. 81 (8), 3079-3086 (2009).
- Xia, J., Wishart, D. S. Using MetaboAnalyst 3.0 for comprehensive metabolomics data analysis. Current Protocols in Bioinformatics. 55, (2016).
- Xia, J., Sinelnikov, I. V., Han, B., Wishart, D. S. MetaboAnalyst 3.0-making metabolomics more meaningful. Nucleic Acids Research. 43 (W1), W251-W257 (2015).
- Lommen, A. Data (pre-)processing of nominal and accurate mass LC-MS or GC-MS data using MetAlign. Methods in Molecular Biology. 860, 229-253 (2012).
- Xia, J., Wishart, D. S. Using MetaboAnalyst 3.0 for comprehensive metabolomics data analysis. Current Protocols in Bioinformatics. 55, (2016).
- Xia, J., Wishart, D. S. Web-based inference of biological patterns, functions and pathways from metabolomic data using MetaboAnalyst. Nature Protocols. 6 (6), 743-760 (2011).
- Li, H., Tennessen, J. M. Methods for studying the metabolic basis of Drosophila development. Wiley Interdisciplinary Reviews Developmental Biology. 6 (5), (2017).
