A Label-free, Multi-omic Study to Qualitatively and Quantitatively Characterize the Effects of a Glucosylceramide Inhibitor on Obesity

Význam tématu

Obezita představuje rostoucí zdravotní problém spojený s cukrovkou 2. typu, srdečními a jaterními onemocněními a některými typy nádorů. Pro pochopení složitých biochemických mechanismů a hledání účinných léčebných přístupů je nezbytné využít integrované multi-omické metody, které umožňují současnou analýzu proteinů a lipidů bez nutnosti značení.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo kvalitativně i kvantitativně zhodnotit účinky inhibitoru glukosylceramid syntázy MZ-21 na model obézních myší. Pomocí label-free LC-DIA-IM-MS byly ze stejných vzorků jaterních tkání získány proteomické i lipidomické informace, které následně podrobeny bioinformatickému zpracování a analýze drah.

Použitá metodika a instrumentace

Pro proteomiku byla použita nanoACQUITY UPLC spojena se SYNAPT G2-Si, zatímco pro lipidomiku ACQUITY UPLC s Xevo G2-S. Extrakce a úprava vzorků proběhla s RapiGest SF a metodou Bligh–Dyer pro lipidy. Data byla zpracována v softwaru Progenesis QI a Progenesis QI for Proteomics, multivariační analýza v EZInfo a následná interpretace drah v Ingenuity Pathway Analysis.

Seznam použité instrumentace:

• nanoACQUITY UPLC System
• ACQUITY UPLC System
• SYNAPT G2-Si Mass Spectrometer
• Xevo G2-S Mass Spectrometer
• RapiGest SF Surfactant
• NanoEase Columns
• Progenesis QI a Progenesis QI for Proteomics Software
• Ingenuity Pathway Analysis, EZInfo, Spotfire

Hlavní výsledky a diskuse

Proteomický přístup identifikoval více než 1200 proteinů, z nichž přibližně 30 % vykázalo strukturálně významnou změnu expresí (>2× změna, p ≤ 0,05). NEPŘINOZEROVANÁ PCA ukázala jasné oddělení kontrolní a léčebné skupiny. V lipidomickém souboru byly detekovány klíčové třídy lipidů – fosfatidylcholiny, sphingomyeliny, triacylglyceroly a lysofosfatidylcholiny – s významnými změnami koncentrací (p < 5E-5, změna >2×). Kombinované analýzy v IPA odhalily ovlivnění drah souvisejících s metabolismem sacharidů, zánětlivou odpovědí a vývojem jaterních systémů. Síťová analýza zvýraznila down-regulaci komponent zodpovědných za lipidový transport, ovlivnění lipidové oxidace a zánětlivých procesů po podání MZ-21.

Přínosy a praktické využití metody

Label-free multi-omics přístup v jednom experimentu výrazně zkracuje časovou náročnost a minimalizuje biologickou variabilitu mezi oddělenými analýzami. Integrované workflow je vhodné pro farmakologický výzkum, hledání biomarkerů a sledování mechanismů akce léčiv ve vysoce citlivé a reprodukovatelné kvalitě.

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozšiřování multi-omických metod o další vrstvy dat, například transkriptomiku či metabolomiku, a využití pokročilých strojově učených algoritmů pro hlubší interpretaci drah otevřou nové možnosti v personalizované medicíně a vývoji cílených terapií. Dalším krokem je adaptace metod pro klinické vzorky a nasazení v rutinní laboratorní praxi.

Závěr

Studie prokázala, že label-free LC-DIA-IM-MS v kombinaci s Progenesis QI a pathway-analytickými nástroji umožňuje simultánní kvalitativní a kvantitativní hodnocení proteinů i lipidů. MZ-21 inhibitor glukosylceramid syntázy ovlivňuje klíčové metabolické a zánětlivé dráhy v játrech obézních myší, což podtrhuje potenciál tohoto multi-omického přístupu pro farmakologický výzkum.

Reference

1. Aerts JM, Ottenhoff R, Powlson AS, Grefhorst A, van Eijk M, Dubbelhuis PF, Aten J, Kuipers F, Serlie MJ, Wennekes T, Sethi JK, O’Rahilly S, Overkleeft HS. Pharmacological inhibition of glucosylceramide synthase enhances insulin sensitivity. Diabetes. 2007 May;56(5):1341–1349.
2. Bligh EG, Dyer WJ. A rapid method of total lipid extraction and purification. Canadian Journal of Biochemistry and Physiology. 1959 Aug;37(8):911–917.