使用IM-MS代谢表型出现疾病

朱质谱实验室和代谢组学侧重于质谱分析(MS)代谢组学技术的发展,包括液相色谱(LC - MS)技术,代谢物谱数据库和数据处理软件。隶属于生物学和化学的跨学科研究中心(IRCBC),上海有机化学研究所(SIOC)中国科学院(CAS),朱实验室的研究人员开发数据处理程序和/或建立代谢物数据库自动数据处理(包括定量和定性分析)。团队也在探索新的技术,如data-independent收购(DIA)和离子迁移谱(IMS)代谢组学和lipidomics - ms技术,以及扩大研究代谢表型出现各种具有挑战性的疾病。

实验室也集中在衰老和agingdependent神经退行性疾病如阿尔茨海默氏症和帕金森氏症。研究人员使用女士和代谢组学工具来理解代谢重构在老化,老化和代谢调节和老龄化带来的疾病。

郑江朱博士,首席研究员和跨学科研究中心的代谢组学研究中心主任在中科院生物和化学,描述了实验室的角色:

“我们有大约10研究生博士在实验室工作,以及实验室技术员、博士后和员工的科学家。我们所有的项目相关的女士和代谢组学,每个人专注于特定的项目,包括申请老龄化带来的疾病,如阿尔茨海默氏症,以及临床应用”。

代谢物的化学实体转换在新陈代谢,他们提供了一个功能细胞生物化学的读出。MS-based代谢组学技术,成千上万的代谢物可以定量测量的最小数量的生物材料,从而使系统性分析。通过执行全球代谢物分析,新发现细胞通路与生物机制被发现和塑造的理解细胞生物学,生理学和医学。

虽然相对较新的基因组和蛋白质组学的前辈相比,代谢组学的研究已经导致了生物标志物的发现疾病诊断、细胞生物化学的基本见解,和线索相关疾病发病机理。朱博士描述了快速采用代谢组学在这些研究领域:

“十年前,你听说过很多关于基因组学和蛋白质组学;现在你听到更多关于代谢组学越来越多的人变得感兴趣使用这项技术的新应用程序。迹象之一是代谢组学研究的出版物的数量正在快速增长,甚至赶上出版蛋白质组学,并创造了大量的意识。大约5 - 10年前,人们在这个领域都集中在发展技术的代谢组学。现在,科学家们正在寻找潜在的应用在不同的领域——不仅仅是生物学家,而且医生和临床医生、药物发现研究人员和其他人。”

代谢组学研究面临的最大挑战之一是可靠的数据标识,以确保适当的解释。由于化学相似性代谢物(如等压线和同分异构体),女士或色谱法鉴定仅是很困难的。离子迁移谱-质谱(IMS-MS)已成为一个强大的技术来解决这些问题,和IMS-MS在没有针对性的使用代谢组学已经表明,它能改善代谢产物的分离同分异构体的识别和生成多维数据来支持代谢物。朱博士解释这如何影响代谢组学研究:

“在大多数情况下,它是一个挑战区分同分异构体,因为他们可以有相同的质量,费用,和物理性质,但在功能和识别差别很大。分离和鉴定这些复杂的异构材料可以非常的费时和资源密集型。雷竞技网页版这就是为什么我们开始寻找新技术。”

朱博士领导的搜索测试和最终购买力量timsTOF专业仪器在2020年7月。

的力量timsTOF Pro使用困离子迁移谱法(蒂姆斯),在气相中分离技术,离子通过商旅推动隧道气流。一个电场控制每个离子从超越一个位置定义的离子的流动,推动它的经验从气体流场的电场力。增加了电场允许选择性地释放离子从蒂姆斯隧道根据他们的流动性。

独特的蒂姆斯设计允许研究人员反复测量碰撞截面为所有检测离子(CCS)值,和那些可以用来进一步提高系统的选择性,使越来越多的可靠的相对定量信息从复杂样品和短梯度分析。

小说的介绍并行积累串行碎片(PASEF)收购方法MS / MS设计允许离子积累在前面部分,而离子在后面部分发布的顺序取决于他们的离子迁移率。通过使用一个双重蒂姆斯分析仪、离子可能积累几乎不断排队,排序和洗脱的流动,允许工作周期接近100%(图1)。

CAS研究小组发现的性能力量timsTOF Pro允许启用即时通讯信息和高质量的常规测量4 d功能调整保留时间,m / z和IM。实现这一深度提供了全新的可行性分析大样本群,成千上万的样品在代谢组学。朱博士描述了优势:

“大多数时候我们分析每天成百上千的样品在12分钟内与timsTOF Pro /样品。timsTOF Pro 2,我认为我们可以减少到6分钟样本,也许2分钟示例一样快。其他工具可以满足高通量分析,但他们牺牲的敏感性。timsTOF Pro使我们能够提高扫描速度,同时也非常丰富的信息。

另一个好处是CCS技术所提供的信息的新维度,可以用来进一步提高系统的选择性,使越来越多的可靠的相对定量信息从复杂样品和短梯度分析。它有助于区分同分异构体,但是无法实现。这就是为什么我们需要我在代谢组学研究。”

因为发展中第一个测试timsTOF Pro,朱实验室的研究人员密切合作与力量评估工具如何帮助实验室的一系列项目。朱博士描述了这种关系:

“我们有力量的技术会议,沟通和问题解决能力。

力量是非常支持的。我们也有一个很好的与团队合作对我们在生物信息学工作。

此外,我们提供的反馈是非常有用的,因为他们更了解我们如何使用仪器对我们研究的目的。对组织有价值的。”

朱博士的实验室里研究侧重于MS-based代谢组学技术的发展和代谢表型出现各种具有挑战性的疾病,主要集中在衰老和aging-dependent神经退行性疾病如:

• 在衰老代谢重构/体内平衡
• 代谢调控衰老的黑腹果蝇
• Metabolite-protein交互在神经退行性疾病
• 代谢物生物标志物发现阿尔茨海默病的诊断。

朱实验室的科学家们相信,一个全面的系统层次的代谢物研究可能会给整体的观点与疾病相关的具有挑战性的问题与衰老有关。他们的成就中,这个团队开发了新的代谢组学技术使用IMS-MS仪表等力量timsTOF Pro。朱博士描述了本研究:

“我们研究利用果蝇作为模式老化,因为寿命大约是60天,我们还用老鼠来衡量代谢物改变在衰老的过程。

我们调查的代谢指标inter-organ通信——例如,大脑是如何与肝脏的。我们发现,当动物很年轻,inter-organ沟通很好。但在老化过程中,沟通或代谢体内平衡主要是摧毁。我们认为断开可能有一个新陈代谢的因素。研究可以帮助改善代谢健康甚至扩大这些动物模型的寿命。代谢物随年龄减少在动物模型中,所以补充这些代谢物可能减缓衰老的过程。”

朱实验室的科学家们正将目光投向未来大规模使用代谢组学在临床的设置。目前,实验室的研究人员与医院密切合作在上海获得样品测试与特定的疾病或病症的病人的代谢组学差异,这可能最终导致改善治疗。朱博士概述了他的团队是如何在临床代谢组学研究可以帮助:

“我们从结肠直肠癌患者收集样本,例如,那些接受不同类型的化疗。有些人应对治疗,肿瘤缩小,他们有更好的恢复。但是有些人不化疗反应良好,甚至肿瘤继续生长和转移至其他器官或组织。我们试图衡量他们的代谢的差异并确定为什么有些人应对这些治疗,和其他个人为什么不。”

朱博士和他的团队相信IMS-MS自动的组合样品制备和注射技术将使高效、大规模代谢组学在临床的设置。最终结果,这项研究可能导致改进治疗个性化医疗的形式根据病人的代谢轮廓。他解释说:

“通常,尤其是在传统中药中,你使用药物来治疗疾病,但你不知道为什么它治愈。这就是为什么我们致力于培养合作实验室在医院和医生。生物标志物可以预测患者是否有一个有效实用的应对处理。

最终,我们看到应用程序精度或个性化医学,医生可以预测是否对病人治疗是有益的。”

IMS-MS提高性能的仪器像力量timsTOF Pro,朱博士看到新的可能性为代谢组学研究。即将到来的改进处理IMS-MS数据数据库和软件工具是接下来的步骤在实验室利用他们的研究潜力的努力。此外,IM的超高速度分离,朱博士认为技术的潜力取代信用证领域继续努力实现高通量代谢组学分析。他解释说:

“尤其是对于复杂的材料,如发现中药里,IMS-M雷竞技网页版S有能力识别化合物与其他技术无法分析。目前,大约80%的仪器用于代谢组学是质系统。我认为在未来5 - 10年,几乎所有的他们将被IMS-MS取代。”

高分辨率IMS-MS将打开新的可能性的可用性在代谢组学的应用技术。此外,朱博士和他的团队看到潜在的与不同的电离源耦合IMS-MS仪器,以及使成像代谢物的分析。他描述了未来的可能性技术:

“代谢组学已经从技术开发应用程序,我们看到技术的功能如何推进其他——环境、药物研发、临床、等等。

随着IMS-MS变得更成熟,我们会看到今天从代谢组学的传统使用其他应用程序,和许多新的领域将会出现。”

[1]罗博士周ZW,朱ZJ (2020)。离子迁移率的应用-质谱在诸多代谢组学:分离鉴定。杂志》的分析和测试4:163 - 174,https://doi.org/10.1007/s41664 - 020 - 00133 - 0。

[2]周ZW,涂J,朱ZJ (2018)。推进大规模CCS为代谢组学数据库和机器学习lipidomics时代。目前在化学生物学观点,42:34-41,https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2017.10.033。

一般参考

殷罗周Z, M,陈X, Y,熊X,王R,朱ZJ (2020)。离子迁移率碰撞截面地图集的诸多代谢组学的已知和未知代谢物注释。自然通讯,11:4334。https://doi.org/10.1038/s41467 - 020 - 18171 - 8

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