Tandem Kütle Spektrometresi Ile Birleşen Sıvı Kromatografi kullanarak Saccharomyces Cerevisiae'nin Hücresel Lipidomukan Analizi
Summary
Saccharomyces cerevisiae’dekimajör hücresel lipitleri tanımlamak ve ölçmek için tandem kütle spektrometresi ile birleşen sıvı kromatografi kullanılarak bir protokol sayılmaktadır. Bir maya hücresi içindeki majör lipid sınıflarının nicel bir değerlendirme için açıklanan yöntem çok yönlü, sağlam ve duyarlıdır.
Abstract
Lipidler suda çözünmez yapısal olarak çeşitli amphipatik moleküllerdir. Lipidler biyolojik membranların organizasyonu ve işlevi, enerji depolama ve üretimi, hücresel sinyalizasyon, proteinlerin veziküler taşınması, organel biyogenezi ve düzenlenmiş hücre ölümü için temel katkıda bulunmaktadır. Tomurcuklanan maya Saccharomyces cerevisiae kapsamlı moleküler analizler için tek hücreli ökaryot münasip olduğundan, model bir organizma olarak kullanımı ökaryotik hücreler içinde karmaşık biyolojik süreçlere lipid metabolizması ve hücre içi taşıma bağlayan mekanizmaları ortaya çıkarmak yardımcı oldu. Bir maya hücresi içindeki büyük lipid sınıflarının sağlam, hassas ve doğru nicel değerlendirilmesi için çok yönlü bir analitik yöntemin bulunması, bu mekanizmalar hakkında derin bilgiler elde etmek için çok önemlidir. Burada S. cerevisiae’nin majör hücresel lipitlerinin kantitatif analizi için tandem kütle spektrometresi (LC-MS/MS) ile birleşen sıvı kromatografisi kullanmak için bir protokol salıyoruz. Açıklanan LC-MS/MS yöntemi çok yönlü ve sağlamdır. 10 lipid sınıfının her birinde çok sayıda türün (farklı izobarik veya izometrik formlar dahil) tanımlanmasını ve sayısallaştırılmasını sağlar. Bu yöntem hassastır ve bazı lipid türlerinin 0,2 pmol/μL gibi düşük konsantrasyonlarda tanımlanmasına ve sayısallaştırılmasına olanak sağlar. Yöntem başarıyla tüm maya hücreleri ve saflaştırılmış organellerin lipidomların değerlendirilmesi için uygulanmıştır. Bu yöntemde elektrosprey iyonizasyon kütle spektrometresi için alternatif mobil faz katkı larının kullanılması bazı lipid türleri için iyonlaşma verimliliğini artırabilir ve bu nedenle bunların tanımlanması ve nicelliği artırmak için kullanılabilir.
Introduction
Bir kanıt gövdesi, biyomoleküllerin ana sınıflarından biri olan lipidlerin ökaryotik hücre içindeki birçok hayati süreçte önemli roller oynadığını göstermektedir. Bu süreçler arasında hücre organlarını çevreleyen plazma membran ve membranlar oluşturan lipid iki tabakalarının biraraya edilmesi, küçük moleküllerin hücre zarları arasında taşınması, hücre dışı ortamdaki değişikliklere yanıt ve hücre içi sinyal iletimi, enerjinin üretimi ve depolanması, farklı organellere hapsedilmiş proteinlerin ithalat ve ihracatı, endmembran sistemi ve protein salgılanması içinde proteinlerin vesiküler ticareti ve düzenlenmiş hücre ölümü çeşitli modları1 ,2,3,4,5,6,7,8,9,10.
Tomurcuklanan maya S. cerevisiae, tek hücreli ökaryotik organizma, başarıyla bu hayati hücreselsüreçlerdelipidlerin temel rolleri altında yatan mekanizmaların bazılarını ortaya çıkarmak için kullanılmıştır 4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15 ,16,17,18,19,20. Kapsamlı biyokimyasal, genetik, hücre biyolojik, kimyasal biyolojik, sistem biyolojik ve mikroakışkan diseksiyon analizleri21,22,23,24,25münasip olduğu için S. cerevisiae bu mekanizmaları ortaya çıkarmak için değerli bir model organizmadır. Lipid metabolizması ve hücre içi taşımanın bu hayati hücresel süreçlere katkıda bulunduğu mekanizmaları anlamada daha fazla ilerleme, hücresel lipidomun kantitatif karakterizasyonu, lipidom moleküler karmaşıklığınınanlaşılması ve kantitatif lipidomiklerin sistemlerin çok disiplinli platformuna entegre edilmesi için hassas kütle spektrometresi teknolojileri gerektirir. 27,28,29,30.
Maya hücrelerinin ve diğer ökaryotik organizmaların hücrelerinin kütle spektrometresi destekli nicel lipidomikler için mevcut yöntemler yeterince çok yönlü, sağlam veya hassas değildir. Ayrıca, bu şu anda kullanılan yöntemler birbirinden çeşitli izobarik veya izzosik lipid türleri ayırt etmek mümkün değildir. Burada, S. cerevisiae’ninmajör hücresel lipitlerinin kantitatif analizi için tandem kütle spektrometresi (LC-MS/MS) ile birleşen sıvı kromatografisinin kullanımına olanak tanıyan çok yönlü, sağlam ve hassas bir yöntemi tanımlıyoruz.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada açıklanan protokolün başarılı bir şekilde uygulanması için aşağıdaki önlemler önemlidir:
1. Kloroform ve metanol toksiktir. Laboratuvar plastik leri ve cildiniz de dahil olmak üzere yüzeylerden çeşitli maddeleri verimli bir şekilde ayıklar. Bu nedenle, kloroform ve / veya metanol ile temas içeren adımlarda plastik kullanımını kaçınarak dikkatli bu organik çözücüler ele, bu adımlar için borosilikat cam pipetler kullanarak, ve kullanmadan önce kloroform v…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Titorenko laboratuvarının mevcut ve eski üyelerine görüşmeler için müteşekkiriz. Kütle Spektrometresi Biyolojik Uygulamalar Merkezi ve Yapısal ve Fonksiyonel Genomik Merkezi’ni (her ikisi de Concordia Üniversitesi’nde) olağanüstü hizmetler için kabul ediyoruz. Bu çalışma, Kanada Doğa Bilimleri ve Mühendislik Araştırma Konseyi (RGPIN 2014-04482) ve Concordia Üniversitesi Başkanlık Fonu (CC0113) tarafından desteklenmiştir. K.M. Concordia Üniversitesi Liyakat Ödülü ile desteklendi.
Materials
| 15 mL High-speed glass centrifuge tubes with Teflon lined caps | PYREX | 05-550 | |
| 2 mL Glass sample vials with Teflon lined caps | Fisher Scientific | 60180A-SV9-1P | |
| 2-Propanol | Fisher Scientific | A461-500 | |
| Acetonitrile | Fisher Scientific | A9554 | |
| Agilent 1100 series LC system | Agilent Technologies | G1312A | |
| Agilent1100 Wellplate | Agilent Technologies | G1367A | |
| Ammonium acetate | Fisher Scientific | A11450 | |
| Ammonium bicarbonate | Sigma | 9830 | |
| Ammonium formate | Fisher Scientific | A11550 | |
| Ammonium hydroxide | Fisher Scientific | A470-250 | |
| Bactopeptone | Fisher Scientific | BP1420-2 | |
| Cardiolipin | Avanti Polar Lipids | 750332 | |
| Centra CL2 clinical centrifuge | Thermo Scientific | 004260F | |
| Ceramide | Avanti Polar Lipids | 860517 | |
| Chloroform | Fisher Scientific | C297-4 | |
| CSH C18 VanGuard | Waters | 186006944 | Pre-column system |
| Free fatty acid (19:0) | Matreya | 1028 | |
| Glass beads (acid-washed, 425-600 μM) | Sigma-Aldrich | G8772 | |
| Glucose | Fisher Scientific | D16-10 | |
| Hemacytometer | Fisher Scientific | 267110 | |
| L-histidine | Sigma | H8125 | |
| Lipid Search software (V4.1) | Fisher Scientific | V4.1 | LC-MS/MS analysis software |
| L-leucine | Sigma | L8912 | |
| L-lysine | Sigma | L5501 | |
| Methanol | Fisher Scientific | A4564 | |
| Phosphatidylcholine | Avanti Polar Lipids | 850340 | |
| Phosphatidylethanolamine | Avanti Polar Lipids | 850704 | |
| Phosphatidylglycerol | Avanti Polar Lipids | 840446 | |
| Phosphatidylinositol | Avanti Polar Lipids | LM1502 | |
| Phosphatidylserine | Avanti Polar Lipids | 840028 | |
| Reverse-phase column CSH C18 | Waters | 186006102 | |
| Sphingosine | Avanti Polar Lipids | 860669 | |
| Thermo Orbitrap Velos MS | Fisher Scientific | ETD-10600 | |
| Tricylglycerol | Larodan, Malmo | TAG Mixed FA | |
| Ultrasonic sonicator | Fisher Scientific | 15337416 | |
| Uracil | Sigma | U0750 | |
| Vortex | Fisher Scientific | 2215365 | |
| Yeast extract | Fisher Scientific | BP1422-2 | |
| Yeast nitrogen base without amino acids | Fisher Scientific | DF0919-15-3 | |
| Yeast strain BY4742 | Dharmacon | YSC1049 |
References
- Bou Khalil, M., et al. Lipidomics era: accomplishments and challenges. Mass Spectrometry Review. 29 (6), 877-929 (2010).
- Shevchenko, A., Simons, K. Lipidomics: coming to grips with lipid diversity. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 11 (8), 593-598 (2010).
- Brügger, B. Lipidomics: analysis of the lipid composition of cells and subcellular organelles by electrospray ionization mass spectrometry. Annual Review of Biochemistry. 83, 79-98 (2014).
- Zechner, R., et al. FAT SIGNALS – lipases and lipolysis in lipid metabolism and signaling. Cell Metabolism. 15 (3), 279-291 (2012).
- Eisenberg, T., Büttner, S. Lipids and cell death in yeast. FEMS Yeast Research. 14 (1), 179-197 (2014).
- Richard, V. R., et al. Mechanism of liponecrosis, a distinct mode of programmed cell death. Cell Cycle. 13 (23), 3707-3726 (2014).
- Arlia-Ciommo, A., Svistkova, V., Mohtashami, S., Titorenko, V. I. A novel approach to the discovery of anti-tumor pharmaceuticals: searching for activators of liponecrosis. Oncotarget. 7 (5), 5204-5225 (2016).
- Mårtensson, C. U., Doan, K. N., Becker, T. Effects of lipids on mitochondrial functions. Biochimica et Biophysica Acta. 1862 (1), 102-113 (2017).
- Basu Ball, W., Neff, J. K., Gohil, V. M. The role of non-bilayer phospholipids in mitochondrial structure and function. FEBS Letters. 592 (8), 1273-1290 (2018).
- Thakur, R., Naik, A., Panda, A., Raghu, P. Regulation of membrane turnover by phosphatidic acid: cellular functions and disease implications. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 7, 83 (2019).
- Goldberg, A. A., et al. A novel function of lipid droplets in regulating longevity. Biochemical Society Transactions. 37 (5), 1050-1055 (2009).
- Kohlwein, S. D. Obese and anorexic yeasts: experimental models to understand the metabolic syndrome and lipotoxicity. Biochimica et Biophysica Acta. 1801 (3), 222-229 (2010).
- Titorenko, V. I., Terlecky, S. R. Peroxisome metabolism and cellular aging. Traffic. 12 (3), 252-259 (2011).
- Henry, S. A., Kohlwein, S. D., Carman, G. M. Metabolism and regulation of glycerolipids in the yeast Saccharomyces cerevisiae. 유전학. 190 (2), 317-349 (2012).
- Kohlwein, S. D., Veenhuis, M., vander Klei, I. J. Lipid droplets and peroxisomes: key players in cellular lipid homeostasis or a matter of fat–store ’em up or burn ’em down. 유전학. 193 (1), 1-50 (2013).
- Baile, M. G., Lu, Y. W., Claypool, S. M. The topology and regulation of cardiolipin biosynthesis and remodeling in yeast. Chemistry and Physics of Lipids. 179, 25-31 (2014).
- Dimmer, K. S., Rapaport, D. Mitochondrial contact sites as platforms for phospholipid exchange. Biochimica et Biophysica Acta. Molecular and Cell Biology of Lipids. 1862 (1), 69-80 (2017).
- Csordás, G., Weaver, D., Hajnóczky, G. Endoplasmic reticulum-mitochondrial contactology: structure and signaling functions. Trends in Cell Biology. 28 (7), 523-540 (2018).
- Mitrofanova, D., et al. Lipid metabolism and transport define longevity of the yeast Saccharomyces cerevisiae. Frontiers in Bioscience (Landmark Edition). 23, 1166-1194 (2018).
- Tamura, Y., Kawano, S., Endo, T. Organelle contact zones as sites for lipid transfer. Journal of Biochemistry. 165 (2), 115-123 (2019).
- Weissman, J., Guthrie, C., Fink, G. R. . Guide to Yeast Genetics: Functional Genomics, Proteomics, and Other Systems Analyses. , (2010).
- Botstein, D., Fink, G. R. Yeast: an experimental organism for 21st Century biology. 유전학. 189 (3), 695-704 (2011).
- Duina, A. A., Miller, M. E., Keeney, J. B. Budding yeast for budding geneticists: a primer on the Saccharomyces cerevisiae model system. 유전학. 197 (1), 33-48 (2014).
- Strynatka, K. A., Gurrola-Gal, M. C., Berman, J. N., McMaster, C. R. How surrogate and chemical genetics in model organisms can suggest therapies for human genetic diseases. 유전학. 208 (3), 833-851 (2018).
- Zimmermann, A., et al. Yeast as a tool to identify anti-aging compounds. FEMS Yeast Research. 18 (6), (2018).
- Ejsing, C. S., et al. Global analysis of the yeast lipidome by quantitative shotgun mass spectrometry. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106 (7), 2136-2141 (2009).
- Guan, X. L., Riezman, I., Wenk, M. R., Riezman, H. Yeast lipid analysis and quantification by mass spectrometry. Methods in Enzymology. 470, 369-391 (2010).
- Guan, X. L., et al. Biochemical membrane lipidomics during Drosophila development. Developmental Cell. 24 (1), 98-111 (2013).
- Klose, C., Tarasov, K. Profiling of yeast lipids by shotgun lipidomics. Methods in Molecular Biology. 1361, 309-324 (2016).
- Wang, M., Wang, C., Han, R. H., Han, X. Novel advances in shotgun lipidomics for biology and medicine. Progress in Lipid Research. 61, 83-108 (2016).
- Sud, M., et al. LMSD: LIPID MAPS structure database. Nucleic Acids Research. 35 (Database issue), D527-D532 (2007).
- Pauling, J. K., et al. Proposal for a common nomenclature for fragment ions in mass spectra of lipids. PLoS One. 12 (11), e0188394 (2017).
