Preparación de muestras de larvas de Drosophila para cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS)-base metabolómica
Summary
Este protocolo describe cómo preparar larvas de Drosophila para análisis metabolómicos basadas en GC-MS.
Abstract
Los avances recientes en el campo de la metabolómica han establecido la mosca de la fruta Drosophila melanogaster como modelo genético poderoso para el estudio de metabolismo de los animales. Combinando la amplia gama de herramientas genéticas Drosophila con la capacidad para examinar grandes áreas del metabolismo intermediario, una aproximación metabolómica puede revelar las interacciones complejas entre dieta, genotipo, eventos de la historia de vida y señales ambientales. Además, estudios de metabolómica pueden descubrir nuevos mecanismos enzimáticos y descubrir conexiones previamente desconocidas entre vías metabólicas aparentemente dispares. Para facilitar el uso más generalizado de esta tecnología entre la comunidad de Drosophila , aquí proporcionamos un protocolo detallado que describe cómo preparar muestras de larvas de Drosophila para cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS)- basado en análisis metabolómicos. Nuestro protocolo incluye descripciones de muestras larvarias, extracción del metabolito, derivatización química y análisis por GC-MS. Culminación exitosa de este protocolo permitirá a los usuarios medir la abundancia relativa de pequeños metabolitos polares, como aminoácidos, azúcares y ácidos orgánicos participan en la glucólisis y el ciclo TCA.
Introduction
La mosca de la fruta Drosophila melanogaster se ha convertido en un sistema ideal para estudiar el mecanismo molecular que regula el metabolismo intermediario. No se conservan más rutas metabólicas entre Drosophila y los seres humanos sólo sensores de nutrientes claves y reguladores del crecimiento, tales como insulina, Tor y myc, que también son activos en la mosca1,2. Como resultado, Drosophila puede utilizarse para explorar la base metabólica de enfermedades humanas que van desde la diabetes y la obesidad a cáncer y la neurodegeneración. En este sentido, el desarrollo larvario de Drosophila proporciona el marco ideal estudiar un programa metabólico conocido como glucólisis aeróbica, o el efecto de Warburg. Como muchos tumores utilizan glucólisis aeróbica para generar biomasa de hidratos de carbono, así que para hacer Drosophila larvas activan glucólisis aeróbica para promover el crecimiento del desarrollo3,4,5. Estas similitudes entre larvas y tumor metabolismo establecer Drosophila como un modelo clave para entender cómo aeróbico glucólisis es regulada en vivo.
A pesar de que la mosca se ha convertido en un modelo popular para el estudio de metabolismo, mayoría de Drosophila los estudios dependen de los métodos que están diseñados para medir los metabolitos3, como la trehalosa, triglicéridos o ATP. Puesto que se requiere un protocolo específico para medir cada metabolito, estudios basados en análisis son mano de obra intensiva, caros y sesgada hacia los compuestos que se pueden medir utilizando kits comerciales. Una solución a estas limitaciones ha surgido desde el campo de la metabolómica, que proporciona un medio más eficaz e imparcial estudio de metabolismo de Drosophila . A diferencia de un estudio basado en el análisis, un análisis metabolómicos solo puede medir cientos de metabolitos de molécula pequeña y simultáneamente proporcionar una comprensión global de estado metabólico6,7 de un organismo. Esta técnica ha ampliado considerablemente el alcance de los estudios metabólicos de Drosophila y representa el futuro de este emergente campo8.
Estudios metabolómicos se realizan principalmente utilizando tres tecnologías: (i) resonancia magnética nuclear (RMN), (ii) líquida cromatografía-espectrometría de masas (LC-MS) y (iii) cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS)9. Cada enfoque ofrece ventajas y desventajas, y todas estas tecnologías se han utilizado para estudiar con éxito metabolismo de Drosophila . Puesto que las investigaciones realizadas en nuestro laboratorio se centra en metabolitos polares, pequeñas, principalmente empleamos un método GC-MS-basado. GC-MS proporciona al usuario con un número de ventajas, como alta reproducibilidad, máxima resolución, sensibilidad, y la disponibilidad de una biblioteca de espectros de impacto (EI) de electrón estándar, permite la identificación rápida de descubrieron el metabólico características10,11. La preparación de muestras para GC-MS, sin embargo, es algo compleja y requiere una atención cuidadosa al detalle. Muestras y deben realizarse, lavadas, pesadas, congeladas en una manera que sacia rápidamente reacciones metabólicas. Además, el cadáver de mosca es resistente a los protocolos estándar de la homogeneización y requiere un molino de grano para extracción del metabolito óptima. Por último, las muestras analizadas por GC-MS deben someterse a derivatización química antes de detección12. Mientras que métodos previamente publicados describen todos estos pasos3,13,14, todavía es necesario un protocolo visual que permita al usuario principiante reproducible generar datos de alta calidad. Aquí demostramos cómo preparar muestras de larvas de Drosophila para análisis metabolómica basada en GC-MS. Este protocolo permite al usuario medir reproducible muchos de los pequeños metabolitos polares que componen el metabolismo central de carbono.
Protocol
Representative Results
Discussion
Metabolómica proporciona una oportunidad sin precedentes para estudiar las reacciones metabólicas que componen el metabolismo intermediario. La sensibilidad de esta tecnología, sin embargo, procesa datos susceptibles a fondo genético, claves del desarrollo y una variedad de tensiones ambientales, como temperatura, humedad, densidad de población y la disponibilidad de nutrientes. Por lo tanto, una alta calidad y reproducible metabolómica análisis requiere que las muestras se recogerán bajo condiciones altamente co…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gracias a los miembros de la Indiana Universidad masa espectroscopia y la Universidad de Utah metabolómica base para ayuda en la optimización de este protocolo. J.M.T. es apoyado por el Instituto Nacional de General médica Ciencias de los institutos nacionales de salud bajo la concesión número 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 |
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