Revista de glucómica y lipidómica
Acceso abierto

abstracto

Analytical Considerations of Stable Isotope Labelling in Lipidomics

Alejandro Treibl

En las últimas dos décadas, los lípidos han llegado a ser entendidos como mucho más que simples componentes de las membranas celulares y formas de almacenamiento de energía, y ahora también se les está implicando para desempeñar un papel importante en una variedad de enfermedades, con la investigación de biomarcadores de lípidos como uno de los aplicaciones más extendidas de las técnicas lipidómicas tanto en investigación como en entornos clínicos. El marcaje de isótopos estables se ha convertido en una técnica básica en el análisis del metabolismo y la dinámica de moléculas pequeñas, ya que es la única configuración experimental mediante la cual se pueden medir directamente la biosíntesis, la remodelación y la degradación de biomoléculas. Utilizando tecnologías analíticas de última generación, como la espectrometría de masas en tándem de alta resolución acoplada a cromatografía, el isótopo establela etiqueta se puede localizar y cuantificar con precisión dentro de las biomoléculas. Sin embargo , la aplicación del etiquetado de isótopos estables a la lipidómica se ve complicada por la diversidad de lípidos y la complejidad del análisis de datos necesario. Este artículo analiza aspectos experimentales clave del etiquetado de isótopos estables en el campo de la lipidómica basada en espectrometría de masas, resume las aplicaciones actuales y proporciona una perspectiva sobre desarrollos y potencial futuros. La lipidómica de alto rendimiento tiene un gran potencial cuando se investiga el papel de los lípidos en el metabolismo celular. Una gran cantidad de drogasestá disponible para interferir con las vías metabólicas normales de los lípidos y las técnicas lipidómicas contemporáneas pueden monitorear los niveles de cientos de lípidos simultáneamente. Sin embargo, la verdadera lipidómica de alto rendimiento aún implica la superación posterior de varios desafíos. En primer lugar, la limpieza de las muestras para poder medir su composición lipídica. Los protocolos establecidos para la extracción de lípidos implican extracciones líquido-líquido. La lipidómica es el estudio de los lípidos celulares y sus funciones en la salud y la enfermedad. El campo cobró importancia a principios de la década de 2000 y ahora se ha vuelto indispensable en la investigación básica y clínica, ya que los lípidos emergen cada vez más de ser vistos como meras moléculas de almacenamiento de energía y, en cambio, están implicados en una gran cantidad de condiciones patológicas, como síndrome metabólico, enfermedades cardiovasculares y neurodegenerativas,cáncer.La mayoría de los estudios lipidómicos se basan en la determinación de los niveles de lípidos y en su comparación entre los grupos de enfermedad y control, en diferentes momentos o antes y después de los tratamientos. Esto es, por diseño, simplemente una medida estática de lo que realmente es un metabolismo muy dinámico, y siempre que, por ejemplo, se encuentren diferencias en las concentraciones de lípidos circulantes en el plasma, esto podría deberse a diferentes tasas de síntesis o degradación, o debido a la liberación de otro grupo de almacenamiento. Por ejemplo, un aumento de los triacilgliceroles en plasma puede deberse a la ingesta de alimentos oa la liberación del tejido adiposo. Si bien esta diferencia es imposible de evaluar utilizando enfoques puramente basados ​​en la concentración, puede tener importantes implicaciones bioquímicas diferentes. Mientras que la concentración absoluta de ácido fosfatídico es constantemente baja, todavía tiene una alta tasa de flujo metabólico y, debido a su posición central en las vías metabólicas de los fosfolípidos, se biosintetiza y procesa constantemente en otros fosfolípidos. Por lo tanto, a la hora de investigarMetabolismo y dinámica de lípidos -biosíntesis directa, transporte, interconversión y degradación- el marcaje de isótopos estables es la técnica de elección y aporta una dimensión adicional de información a los valores cuantitativos absolutos. En todos los estudios de marcaje de isótopos estables , una marca de isótopos estables en un sustrato, generalmente  ¹³ C o deuterio ( ²H), se metaboliza en todos los metabolitos resultantes. Por lo tanto, el rastreo de isótopos estables permite determinar el destino metabólico de los precursores marcados con isótopos estables. Este enfoque se ha utilizado desde la década de 1930, cuando se utilizó por primera vez el marcaje con deuterio para investigar el metabolismo de los ácidos grasos murinos y determinar que, incluso con una dieta hipocalórica, los ácidos grasos de la dieta no se oxidaban inmediatamente, sino que se almacenaban y liberaban del tejido adiposo. Mucho antes de la era de la espectrometría de masas bioanalítica, el contenido de deuterio se medía mediante refractometría y densitometría en agua después de la combustión de las biomoléculas marcadas. Hoy en día, la instrumentación moderna ofrece un nivel de detalle mucho mayor. Acoplamiento de cromatografía y espectrometría de masaspermite algo más que la determinación del etiquetado total; en cambio, se puede investigar el etiquetado de especies de lípidos individuales , e incluso se puede determinar la localización y el enriquecimiento de la etiqueta dentro de los lípidos utilizando estrategias de análisis apropiadas. El marcaje de isótopos estables ya se ha aplicado a numerosos estudios del metabolismo de los lípidos y las técnicas utilizadas han evolucionado con el tiempo y con la instrumentación analítica disponible. Este artículo analiza los fundamentos y los aspectos experimentales importantes del análisis de isótopos estables.etiquetado para su aplicación a la lipidómica basada en espectrometría de masas y ofrece una perspectiva sobre el futuro y el potencial de esta técnica. El marcaje de isótopos estables es una técnica poderosa con aplicaciones prometedoras. Permite el análisis directo de la distribución de nutrientes, el metabolismo, la conversión en metabolitos y el destino de los metabolitos resultantes. A diferencia del marcaje radiactivo, no hay peligros ni problemas de seguridad, lo que hace que esta técnica sea particularmente adecuada para estudios de metabolismo en humanos. Investigaciones futuras utilizando isótopos establesel etiquetado en lipidómica probablemente hará uso de una resolución de masa ultra alta, utilizará múltiples métodos de trazadores y utilizará el contenido de información de los espectros de masas en tándem para localizar y cuantificar el enriquecimiento de etiquetas dentro de los componentes básicos de los lípidos. Todo esto combinado permitirá que se investigue el metabolismo de los lípidos con un detalle sin precedentes, lo que aumentará en gran medida nuestro conocimiento de las funciones de los lípidos en la salud y la enfermedad.