Cooperated Sino-German Development of a Comprehensive Lipidomics and Metabolomics Platform for Elucidation and Functional Characterization of Novel Metabolic Biomarkers
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des DFG/NSFC-geförderten chinesisch-deutschen interdisziplinären Gesamtprojekts wurde eine Metabolomics/Lipidomics-Plattform zur hochauflösenden Untersuchung von in vitro (Zellkultur) und in vivo Probenmaterial (Maus und Mensch) entwickelt, evaluiert und validiert. In einem Teilprojekt wurden Lipidomics-Untersuchungen subzellulärer Strukturen (primär Mitochondrien) von Frau L. Kappler in den ersten beiden Jahren ihrer Doktorarbeit im Rahmen der DFG geförderten Doktorandenstelle erfolgreich etabliert, validiert und angewandt. Obwohl sehr wahrscheinlich ein kausaler Zusammenhang zwischen Veränderungen der mitochondriellen Lipidzusammensetzung und funktionellen Veränderungen der Mitochondrien besteht, sind bisher detaillierte Funktionsstudien inklusive umfassender Metabolit- und/oder Lipidprofile selten. Eine entscheidende Grundvoraussetzung für solche Projekte ist die Isolation hochreiner Mitochondrien in ausreichender Menge. Im Rahmen der Förderung war deshalb die erste Aufgabe der Doktorandin eine robuste Methode zu entwickeln, um charakteristische hochauflösende, kontaminationsfreie Lipidprofile von Mitochondrien mittels LC-MS/MS aus Zellkulturen sowie Gewebe zu erstellen. Frau Kappler konnte zweifelsfrei zeigen, dass sowohl eine gängige, weil wenig zeitaufwändige Mitochondrienisolationsmethode, als auch ein sehr einfach anzuwendendes kommerzielles Kit zu Kontaminationen der Mitochondrienisolate mit anderen subzellulären Strukturen führen. Daraufhin entwickelte und evaluierte sie vor Ort in enger Zusammenarbeit mit chinesischen Doktoranden, sowohl während ihres Aufenthalts in Dalian/China als auch während des Aufenthalts ihrer chinesischen Kooperationspartner in Tübingen, für jedes Probenmaterial (Zellkultur wie auch Gewebe) eine optimale Isolations- und Aufschlussmethode, sowie eine UHPLC-MS/MS-Analysestrategie zur validen Generierung mitochondrialer Lipidprofile (inkl. der Auswertung dieser komplexen Daten). Wir gehen davon aus, dass die große Variabilität und teilweise auch Diskrepanz veröffentlichter Daten hinsichtlich mitochondrieller Lipidprofilen als auch der Quantitäten einzelner Lipidspezies auf Lipidverunreinigungen beruhen könnten. In aktuellen, derzeit durchgeführten Folgeuntersuchungen erforscht Frau Kappler in vitro sowie in einem Tiermodell (hochfettdiät-induziertes Insulinresistenz/Diabetes-Mausmodell) den Einfluss von Substratüberfluss und Insulinresistenz auf Lipidprofile in Mitochondrien und deren Funktion. Zusammenfassend sind die in der zweijährigen DFG-Förderung entstandenen Arbeiten ein solider, zukunftsträchtiger Baustein des Gesamtprojekts und damit ein großer Erfolg.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Simultaneous extraction of metabolome and lipidome with methyl tert-butyl ether from a single small tissue sample for ultra-high performance liquid chromatography/mass spectrometry. Journal of Chromatography A 2013, 1298, 9-16
Chen, S.; Hoene, M.; Li, J.; Li, Y.; Zhao, X.; Haering, H.-U.; Schleicher, E. D.; Weigert, C.; Xu, G.; Lehmann, R.
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Stable lsotope-Assisted Lipidomics Combined with Nontargeted lsotopomer Filtering, a Tool to Unravel the Complex Dynamics of Lipid Metabolism. Analytical Chemistry 2013, 85, (9), 4651-4657
Li, J.; Hoene, M.; Zhao, X.; Chen, S.; Wei, H.; Haering, H.-U.; Lin, X.; Zeng, Z.; Weigert, C.; Lehmann, R.; Xu, G.,
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Retention Time Prediction Improves Identification in Nontargeted Lipidomics Approaches. Analytical Chemistry 2015, 87, (15), 7698-7704
Aicheler, F.; Li, J.; Hoene, M.; Lehmann, R.; Xu, G.; Kohlbacher, O.
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Purity matters: A workflow for the valid high-resolution lipid profiling of mitochondria from cell culture samples. Scientific Reports, 2016, 6, 21007
Kappler, L., Li, J., Häring, H.-U., Weigert, C., Lehmann, R., Xu, G., Hoene, M.
