[发明专利]用于改进的精度、鉴定和定量的IROA代谢组学工作流程

说明书

公开了代谢物化合物的IROA基质。其化合物中的每一种的分子量为2000 AMU或更少，并且作为第一和第二同位素异构体存在，所述第一和第二同位素异构体以两种预定的同位素异构平衡同等存在，并且分别含有2‑10%的第一同位素和90‑98%的第二同位素。还公开了用于将天然丰度质谱分析代谢物样品转化为IROA样品的试剂对，其包含两种组成第一和第二同位素异构体的反应性同等试剂，所述第一和第二同位素异构体分别含有2‑10%的第一同位素和90‑98%的第二同位素。试剂对的每一种含有相同的反应性基团，该反应性基团与存在于通过生物学产生的代谢物化合物的组合物中的一种或多种化合物的官能团反应和键合。还公开了制备和使用上述和相关材料的方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年2月24日提交的题为Implementing IMS-assisted IROA forMetabolomics(实施IMS-辅助IROA用于代谢组学)的临时专利申请号62/463153的权益，其公开的内容通过引用结合。

背景技术

代谢物为小分子量化合物(小于约2000 Da，更通常小于约1000 Da)，其在生物系统中在各种代谢途径和细胞调节过程中用作构建模块或作为终产物生产。在生物系统中代谢物的完全集合，无论是在细胞、途径还是生物体水平，称为“代谢组”。在代谢组中这些代谢物的水平由生物系统的基因组、蛋白质组和/或转录组规定，或被环境干扰影响，并且导致表型变化。因此，代谢组学可应用于映射或鉴定表型改变的起因并且理解“组学(omics)”之间的相互关系。Dwivedi等人，Int J Mass Spectrom 2010 298:78-90。

已开发同位素比率异常值分析(IROA)，使得能够表征在给定的代谢物或碎片中的碳信息。与其他稳定的同位素标记方法不同，不是利用具有天然丰度(1.1%的13C同位素异构体(isotopomer)在自然界中在碳原子中见到)和98-99%富集的基质分别用于对照和实验群体，利用原养型酵母的IROA使用随机的95% 12C葡萄糖(5% 13C)和95%随机的13C葡萄糖(5% 12C)作为碳来源。该策略导致在质谱中对于可观察的同位素峰更加可预测和诊断的图案。[Qiu等人，Metabolite 2018 8:9]。

在模型生物体研究中已证明IROA用于代谢表型分析的前景。酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)，一种在CEN.PK背景中的原养型野生型菌株[Brauer等人，Mol. Biol. Cell2005，16:2503-2517]，在含有随机的95% 12C或95% 13C葡萄糖作为主要碳来源的最小酵母氮基(YNB)培养基中生长，以使所有代谢物的同位素异构体图案反映标记的葡萄糖[Qiu等人，Anal. Chem. 2016，88:2747-2754]，这是一种可容易适应微生物种类研究的方案。

在产生的代谢物产物中，基于初始基质富集，在95% 13C样品(M_n-1，M_n-2等，13C外壳)中轻质同位素体(isotopologue)或在95% 12C样品(M₀+1，M₀+2等，12C外壳)中重质同位素体的丰度遵循对于13C的二项式分布。12C (M0)同位素峰和13C (Mn)同位素峰之间的质量差异指示在代谢物的碳骨架中碳的数量(n)。这使得对照(13C)和处理(12C)的组之间的标准化和化学式产生(CFG)的可能性变窄。[Qiu等人，Metabolite 2018 8:9]。