Oh, Donggeun;Lee, Sun Young;Kwon, Meehyang;Kim, Sook-Kyung;Moon, Myeong Hee;Kang, Dukjin
Mass Spectrometry Letters
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제5권3호
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pp.63-69
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2014
In this study, we present a new isotope-coded carbamidomethylation (iCCM)-based quantitative proteomics, as a complementary strategy for conventional isotope labeling strategies, with providing the simplicity, ease of use, and robustness. In iCCM-based quantification, two proteome samples can be separately isotope-labeled by means of covalently reaction of all cysteinyl residues in proteins with iodoacetamide (IAA) and its isotope (IAA-$^{13}C_2$, $D_2$), denoted as CM and iCCM, respectively, leading to a mass shift of all cysteinyl residues to be + 4 Da. To evaluate iCCM-based isotope labeling in proteomic quantification, 6 protein standards (i.e., bovine serum albumin, serotransferrin, lysozyme, beta-lactoglobulin, beta-galactosidase, and alpha-lactalbumin) isotopically labeled with IAA and its isotope, mixed equally, and followed by proteolytic digestion. The resulting CM-/iCCM-labeled peptide mixtures were analyzed using a nLC-ESI-FT orbitrap-MS/MS. From our experimental results, we found that the efficiency of iCCM-based quantification is more superior to that of mTRAQ, as a conventional nonisobaric labeling method, in which both of a number of identified peptides from 6 protein standards and the less quantitative variations in the relative abundance ratios of heavy-/light-labeled corresponding peptide pairs. Finally, we applied the developed iCCM-based quantitative method to lung cancer serum proteome in order to evaluate the potential in biomarker discovery study.
Larger proteins (above molecular weight 50 kDa) usually show slow motional tumbling in solution, which facilitates the decay of NMR signal, resulting in poor signal-to-noise. In the past twenty years, researchers have tried to overcome this problem with higher molecular weight by improvement of hardware (higher magnetic field and cryoprobe), optimization of pulse sequences for lager molecules, and development of isotope-labeling techniques. Actually, GroEL/ES complex (${\approx}$ 900 kDa) was successfully studied using combination of above techniques. Among the techniques used in large molecular studies, the impact of isotope-labeling for large molecules study is summarized and discussed here.
Stable isotope enrichment in proteins is necessary for high-resolution nuclear magnetic resonance (NMR) experiments. Although methods for 13C, 15N and 2H-enrichment in prokaryotic cells are well established, full processing and correct folding of complex protein systems require higher organisms as the expression host. In the present study, we review recent efforts to enrich stable isotopes in mammalian cells for protein NMR studies.
Protein glycosylation is a common post-translational modification by non-template-based biosynthesis. In fungal biotechnology, which has great applications in pharmaceuticals and industries, the importance of research on fungal glycoproteins and glycans is accelerating. In particular, the importance of quantitative analysis of fungal glycans is emerging in research on the production of filamentous fungal proteins by genetic modification. Reliable mass spectrometry-based techniques for quantitative glycomics have evolved into chemical, enzymatic, and metabolic stable isotope labeling methods. In this study, we intend to expand quantitative glycomics by metabolic isotope labeling of glycans in Aspergillus niger, a filamentous fungus model, by the MILPIG method. We demonstrate that incubation of filamentous fungi in a culture medium with carbon-13 labeled glucose (1-13C1) efficiently incorporates carbon-13 into N-linked glycans. In addition, for quantitative validation of this method, light and heavy glycans are mixed 1:1 to show the performance of quantitative analysis of various N-linked glycans simultaneously. We have successfully quantified fungal glycans by MILPIG and expect it to be widely applicable to glycan expression levels under various biological conditions in fungi.
A newly developed cost-effective approach to prepare $^{15}N/^{13}C$-labeled protein for NMR studies is presented. This method has been successfully applied to isotopically labeling of PTK6 SH2 domain and MTH 1880 protein. The production method generates cell density using a growing media containing $^{15}NH_4Cl$, $^{12}C_6$-D-glucose. Following a doubling time period for unlabeled metabolite exhaustion and then addition $^{13}C_6$-D-glucose into a M9 growing media, the cells are induced. Our results demonstrate that in order to get full incorporation of $^{13}C$, the isotopes are not totally required during the initial growth phase before induction. The addition of small amounts of $^{13}C_6$-D-glucose to the induction phase is sufficient to obtain more than 95% incorporation of isotopes into the protein. Our optimized protocol is two-thirds less costly than the classical method using $^{13}C$ isotope during the entire growth phase.
대한약학회 2002년도 Proceedings of the Convention of the Pharmaceutical Society of Korea Vol.2
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pp.232.1-232.1
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2002
Methods of 14C-radio isotope labeling of quinolone intermediates at four different sites are described. 14C-radio isotope labeled quinolone intermediates can be synthesized from 14C-1-malonic acid, 14C-2-malonic acid, 14C-benzene ring. and 14C-trimethyl orthoformate. The major site of 14C-radio isotope labeled quinolone intermediates is from 14C-2-malonic acid. We want to help customers to choose the best way for synthesis of 14C-radio isotope labeled quinolone derivatives. and give a general comprehension for 14C-radio isotope labeled pharmaceutical compounds. (omitted)
The recent progress on metabolic systems engineering was reviewed based on our recent research results in terms of (1) metabolic signal flow diagram approach, (2) metabolic flux analysis (MFA) in particular with intracellular isotopomer distribution using NMR and/or GC-MS, (3) synthesis and optimization of metabolic flux distribution (MFD), (4) modification of MFD by gene manipulation and by controlling culture environment, (5) metabolic control analysis (MCA), (6) design of metabolic regulation structure, and (7) identification of unknown pathways with isotope tracing by NMR. The main characteristics of metabolic engineering is to treat metabolism as a network or entirety instead of individual reactions. The applications were made for poly-3-hydroxybutyrate (PHB) production using Ralstonia eutropha and recombinant Escherichia coli, lactate production by recombinant Saccharomyces cerevisiae, pyruvate production by vitamin auxotrophic yeast Toluropsis glabrata, lysine production using Corynebacterium glutamicum, and energetic analysis of photosynthesic microorganisms such as Cyanobateria. The characteristics of each approach were reviewed with their applications. The approach based on isotope labeling experiments gives reliable and quantitative results for metabolic flux analysis. It should be recognized that the next stage should be toward the investigation of metabolic flux analysis with gene and protein expressions to uncover the metabolic regulation in relation to genetic modification and/ or the change in the culture condition.
Shin, Eunbi;Lee, Ji Woong;Lee, Kyo Chul;Shim, Jae Hoon;Cha, Sangwon;Kim, Jung Young
대한방사성의약품학회지
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제3권2호
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pp.54-58
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2017
Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry(MALDI-TOF MS) is one of the powerful methods that enable analysis of small molecules as well as large molecules up to about 500,000 Da without severe fragmentation. MALDI-TOF MS, thus, has been a very useful an analytical tool for the confirmation of synthetic molecules, probing PTMs, and identifying structures of a given protein. In recent nuclear medicine, MALDI-TOF MS liner ion mode helps researcher calculate the average number of chelator(or linkage) per an antibody conjugate, such as DOTA-(or DFO-) trastuzumab for labeling a medical radioisotope. This simple technique can be utilized to improve the labeling method and control the quality at the development of antibody-based radiopharmaceuticals, which is very effected to diagnosis and therapy for in vivo tumor cells, with radioisotopes like $^{89}Zr$, $^{64}Cu$, and 177Lu. To minimize the error, MALDI-TOF MS measurement is repeatedly performed for each sample in this study, and external calibration is carried out after data collection.
Biosupramolecular systems such as biological membranes usually fluid under physiological conditions$^1$. Therefore, solid-state NMR has been used to investigate biosupramolecular systems. But solid-state NMR spectra contain a large number of overlapping resonances and are rather difficult to analyze. These problem has to be overcome by selective isotope labeling. We constructed a deuterium NMR probe for AM400 NMR spectrometer, which is mainly used for liquid samples. To overcome the fluidity problem, a saddle type coil was designed. The efficiency was systematically investigated for two kinds of coil geometry, solenoid and saddle types. Our results suggest that solenoids are superior to saddle type coils in the sensitivity. However, the letter fits better to fluid samples such as biosupramolecular systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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