Isotopmärkningsstrategier

Isotopmärkningsstrategier är metoder för att införa isotoper i biomolekyler för att följa, kvantifiera eller studera biologiska processer. I modern forskning används främst stabila isotoper som 13C, 15N, 2H och 18O eftersom de är säkra och ger tydliga skillnader i mass vid masspektrometri eller NMR. Radiolabels används i vissa sammanhang men är föremål för strikt hantering och begränsningar.

Metabolisk märkning är en central gren där isotoper införs under biosyntesprocesser. Ett vanligt exempel är SILAC (stable isotope labeling by amino acids in cell culture), där celler odlas i medier där vissa aminosyror är märkta med tunga isotoper. Det ger ett isotopiskt proteom som kan jämföras kvantitativt mellan prover. Andra organismområden använder märkning i hela organismer eller vävnader för att studera turnover och metabolism.

Kemisk märkning innebär att isotoper integreras efter syntesen eller vid kemiska modifieringar. ICAT (isotope-coded affinity tagging) används för cysteine-etikettering och har möjliggjort en sekventiell förstärkning och kvantifiering av proteiner. Isobariska märkningar som iTRAQ och TMT använder olika isotopiska versioner av tags för multiplexad kvantifiering i MS/MS, vilket ökar genomslaget i proteomiska studier.

Isotopspårning används också inom metabolomik och flödesanalys. Genom att föda celler eller vävnader med 13C- eller 15N-labellering följer man hur substrat omvandlas genom metaboliska vägar och beräknar flux distribution med masspektrometri eller NMR.

I protein- och strukturbestämning används isotopiskt märkta proteiners proteiner med 15N/13C för vid resonansbestämning och lösnings-NMR. Fördelar inkluderar förbättrad signal- och resonansuppsättning, men kostnad och märkningens effektivitet är viktiga överväganden.