脂质组学

脂质组学(Lipidomics)服务

脂质组学(Lipidomics)是代谢组学的一个重要分支,主要研究生物体内所有脂质分子的特性, 以及它们在蛋白质表达和基因调控过程中的作用的学科。脂质不仅是生物膜的骨架成分和能量贮存物质,越来越多的证据表明,脂质也参与细胞的许多重要功能。在医学方面,已证明人类许多重大疾病都与脂质代谢紊乱有关,如阿兹海默症、糖尿病以及一些传染病等。在植物中,已经发现脂质参与光合作用、气孔运动、信号转导、细胞分泌、小泡运输和细胞骨架重组等过程。因此,脂质组学能够从整体上大规模地认识脂质在生命过程中起到的作用,并可能发现新的标志物,为将来疾病的治愈或者植物的抗性研究提供新的思路。
细胞中脂质分子大体可以分为3大类:
1. 非极性脂质 (包括胆固醇、胆固醇酯和甘油三酯)
2. 极性脂质(包括磷脂类、鞘脂类和糖脂类)
3. 脂质代谢物(指脂质合成或水解过程中产生的物质)
脂质可细分为8类:
1. 脂肪酸类(fatty acids)
2. 甘油脂类(glycerolipids)
3. 甘油磷脂类(glycerophospholipids)
4. 鞘脂类(sphingolipids)
5 . 固醇脂类(sterol lipids)
6. 孕烯醇酮脂类(prenol lipids)
7. 糖脂类(saccharolipids)
8. 多聚乙烯类(polyketides)

脂质组学研究的技术主要包括脂质的提取、分离、分析鉴定以及相应的生物信息学技术。

我们提供8类脂质的1000个以上分子种类的定量分析,包括脂质提取,上机测定、解谱、数据分析和作图等完整的业务。

实验说明:
1. 材料:干重10mg以上,鲜重0.1g以上。干样常温保存和邮寄,鲜样低温保存(-20度以下)和干冰邮寄。
2. 实验流程和周期:
以50个样品为例,2周内可完成所有过程。
(1)实验准备和预实验:2天
(2)提取和分离:1天
(3)测定:2天
(4)鉴定:1天
(5)统计分析和作图:3天
3. 实验平台:
UPLC QTof MS/MS;Thermo QE

详细情况和实验费用请来电咨询,根据实验我们会设计最经济的方案,提供最全面的服务。

 

附:脂质组学介绍

1. 什么是脂质组学?
脂质组学是对生物体、组织或细胞中的脂质以及与其相互作用的分子进行全面系统的分析、鉴定,了解脂质的结构和功能,进而揭示脂质代谢与细胞、器官乃至机体的生理、病理过程之间的关系的一门学科.

脂质组学的英文是 lipidomics。

脂质组学研究类似于其他“组学”,是利用规模性的技术方法,通过对生命体、组织或细胞等的脂质组(lipidome)以及与其相互作用的分子进行系统研究,揭示生命体的多样性脂质及其代谢调控与生物功能,进而深入探索其与细胞、器官、生命体的生理、病理等过程之间的关系.

2. 什么是脂质?

脂质是自然界中存在的一大类极易溶解于有机溶剂、在化学成分及结构上非均一的化合物,主要包括脂肪酸及其天然发生的衍生物(如酯或胺),以及与其生物合成和功能相关的化合物.研究表明,哺乳动物细胞含有1 000~2 000种脂质,而且随着新技术、新方法的不断发展,各种新的脂质分子还在不断地被发现.

3. 脂质分为几类?

美国国立卫生研究院(NIH)2003 年所资助的“脂质代谢途径研究计划”(Lipidmetabolites and pathways strategy,LIPID MAPS) (www.lipidmaps.org)项目提出的脂质分类系统(The LIPID MAPSLipid Classification System),将脂质大体分为八大类:
(1)脂肪酸类(fatty acids);
(2)甘油脂类(glycerolipids);
(3)甘油磷脂类(glycerophospholipids);
(4)鞘脂类(sphingolipids);
(5)固醇脂类(sterol lipids);
(6)孕烯醇酮脂类(prenol lipids);
(7)糖脂类(saccharolipids);
(8)多聚乙烯类(polyketides).

4. 脂质的主要功能有哪些?
脂质结构的多样性赋予了脂质多种重要的生物功能.脂质不仅参与调节多种生命活动过程,包括能量转换、物质运输、信息识别与传递、细胞发育和分化,以及细胞凋亡,而且脂质的异常代谢还与某些疾病,如动脉硬化症、糖尿病、肥胖症、阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)以及肿瘤发生发展密切相关.

5. 什么时候提出脂质组学?脂质组学的第一篇文献是?
随着20 世纪基因组学、蛋白质组学、代谢组学等规模性、整体性、系统性“组学”概念的兴起,2003 年国际上正式提出了脂质组学这一新的前沿研究领域.

第一篇文献是:Han X L, Gross RW. Global analyses of cellular lipidomes directly from crude extracts ofbiological samples by ESI mass spectrometry: a bridge to lipidomics. J Lipid Res, 2003, 44(6):1071-1079。
Xianlin Han,andRichard W. GrossDivision ofBioorganic Chemistry and Molecular Pharmacology, Departments of Medicine,Pharmacology & Molecular Biology,and Chemistry, Washington UniversitySchool of Medicine, St. Louis, MO 63110

 

6. 脂质组学的研究为什么落后于基因组学,甚至是蛋白质学的研究?
主要的原因是由于脂质分子结构的多样性、复杂性,以及相应分析手段的滞后阻碍了人们对生命体的整体脂质及其复杂的代谢网络和功能调控进行规模性、整体性的系统研究.当然,对脂质的生物学功能重视不够也是原因之一.

7. 目前脂质组学研究的主要内容有哪些?
脂质组学研究的内容主要包括:
(1) 脂质及其代谢物分析鉴定:主要是通过改进脂质样品制备方法和发展新的分析鉴定技术,特别是注重脂质样品制备技术与先进仪器设备如各种质谱仪的联合应用,实现脂质及其代谢物的快速、高通量的分析、鉴定.通过计算工具和生物信息学手段,建立大型的标准化脂质数据库,为进一步的深入研究与应用提供重要平台.
(2) 脂质功能与代谢调控(包括关键基因/蛋白质/酶) :主要是利用脂质组学技术,并结合基因组学、蛋白质组学等技术进行脂质功能与代谢调控研究并形成系统.大部分脂质功能与代谢调控的研究通常是在细胞水平或结合整体动物进行,通过基础的细胞、动物模型研究不同情况下脂质及其功能与代谢调控相关的关键蛋白质复合物的组成和动态变化规律,以及脂质功能与代谢调控相关关键蛋白质的功能调控和重要信号转导途径.结合临床疾病进行脂质功能与代谢调控研究也是脂质功能与代谢调控方面研究的核心目标之一,有助于阐明脂质的功能与代谢调控及其相关关键蛋白质在重大疾病发生发展中的作用.
(3) 脂质代谢途径及网络:是在脂质及其代谢物分析鉴定和脂质功能与代谢调控方面工作积累的基础上,整合基因组学、蛋白质组学、代谢组学的研究结果,尝试建立不同条件下脂质的代谢途径,从而不断完善生命体复杂脂质代谢途径及网络研究的绘制.

8. 脂质组学的研究目标是什么?
(1) 确定生命体、组织、细胞或亚细胞器中所有脂质的种类及其化学结构;
(2) 全面理解脂质的功能及其代谢的动态变化和调控;
(3) 脂质与其他生物大分子(如脂质- 蛋白质相互作用)、基因表达调控、膜性结构组成,以及细胞信号转导、细胞之间、细胞与病原体、细胞乃至生命体与环境变化等的复杂关系,进而揭示生命体或细胞的脂质组代谢调控异常变化与许多重要疾病(如胆固醇、甘油三酯与心血管疾病、肥胖、脂肪肝、糖尿病及肿瘤等)的发生、发展之间的关系.

9. 脂质组学的国外研究中心有哪些?
(1)美国NIH资助的LIPIDMAPS
(2)欧盟资助的LipidomicNet,包括早期的ELIfe(The European Lipidomics Initiative)(http://www.lipidomics.net)
(3)日本政府资助的Lipid Bank(http://www.lipidbank.jp)
(4)华盛顿大学医学院的ORY研究小组
(5)堪萨斯州立大学成立的脂质组学研究中心
(6)格拉茨大学、奥地利科学院及格拉茨技术大学等研究机构共同成立的格拉茨脂质组学研究中心(LipidomicsResearch Center Graz,LRCGraz)
(7)新加坡国立大学Markus R Wenk教授的Lipid Profile课题组(脂质组学研究中心)

10. 脂质组学的国内研究单位和人员有哪些?
中科院大连化物所
中科院遗传发育所
军事医学科学院
北京大学
清华大学

11. 脂质组学的研究方法
脂质组学研究的技术主要包括脂质的提取、分离、分析鉴定以及相应的生物信息学技术.
生物质谱技术是目前脂质组学研究的核心工具.基于质谱技术的脂质分析策略主要包括液相色谱- 质谱联用技术和“鸟枪法”脂质组学技术(shotgunlipidomics).

12. 问题和将来的发展
a.开发脂质制备新技术方法,在完善适宜于不同样品脂质组学研究的脂质提取、分离等配套制备技术方法基础上,形成不同生物样品(如体液包括血液、尿液等,组织包括心、脑、肝等,细胞包括血液细胞、细胞株等)的标准化脂质制备方法或系统;
------建立提取和分离的标准。
b.完善快速、高通量、高精度脂质分析鉴定、定量技术系统,特别是自动化脂质分析和定量相关的生物信息学软件的开发,并建立综合的脂质组数据库;-
-----开发软件和数据库。
c.脂质代谢途径及网络的深入研究以及相关生物信息学技术系统的建立和完善.
------网络途径和生物信息学。
与此同时,必须注重脂质组学技术的应用,特别是加强以下几个方面的发展,以期在未来的几年实现脂质组学研究的突破进展:
a.规模性、高精度分析鉴定体液脂质代谢物及其与重要疾病的关系;
b.细胞及其区域性脂质组的动态变化与细胞功能异常的关系;
c.胆固醇及其氧化修饰加工的代谢调控与相关代谢性疾病的关系;
d.脂肪酸类的代谢调控与相关代谢性疾病的关系;
e.脂质组及其代谢调控与生命必需的基础膜结构关系;
f.脂质代谢物及其代谢途径与相关药物的研发基础.

13.进行脂质组学对实验的要求:
材料:1个样品需要50mg干重以上

14. 脂质组学的实验流程
脂质组学研究的技术主要包括脂质的提取、分离、分析鉴定以及相应的生物信息学技术。生物质谱技术是目前脂质组学研究的核心工具。

研究方法:脂质的提取——有机溶剂【氯仿:甲醇:水(1:2:0.8)的混合液】以及固相萃取(只检测总脂中的部分脂质)
脂质的分离——吸附色谱方法
脂质的分析鉴定——薄层色谱(TLC) 法,液相色谱-质谱联用(LC/MS) 法,气相色谱-质谱联用(GC/MS) 法,电喷雾电离质谱等。

 

15.脂质组学分析软件
目前, 通过脂质质谱数据已经开发出多种用于脂质研究的软件。这些软件可以归纳为3类:
(1)可以免费获得的软件;
(2)开放的资源软件;
(3)从商业公司购买的软件。
第1 类中比较好的软件有LipidNavigator(http://lipidsearch.jp/LipidNavigator.htm), 这个软件是日本知识产业株式会社和东京大学玄一图书馆共同开发的。LipidNavigator是一个高通量网页工具, 可采用各种类型的原始脂质质谱数据库自动分析磷脂。另一个免费使用的软件是TriglyAPCI, 它是Cvačka等(2006)基于Microsoft Visual basic 6.0开发的, 可以用来解析甘油三酯的APCI-MS图谱。TriglyAPCI先对LC-MS获得的谱图进行分析, 获得碎片或是分子加合物, 然后再提供与之可能相关联的甘油三酯的结构信息。第3 个免费软件是Brown 领导的位于Nashville的一个研究小组开发的, 这个软件可以分析从质谱获得的大量数据, 它通过采用S-Plus 3.3版软件以便能和Windows系统兼容(Ivanova et al.,2004)。此软件通过演算法对数据进行规范化处理,可以对不同质谱和不同重复获得的数据进行统计学比较。在开放性资源里面有SECD(分析从色谱数据获得的谱图)和LIMSA(脂质质谱分析)2个软件。这2个软件可以进行基于正离子和负离子模式的数据分析, 也可以进行基于MS/MS谱图的数据分析(Haimi et al.,2006)。Katajamaa等(2006)开发了基于Java的另一个软件Mzmine,可以进行数据处理和制图, 并且可以通过演算法进行波谱过滤、峰采集、二维图形可视化、校正和规范化等。第3类需要付费购买的软件有Lipid Profiler, 它是由MDS Sciex开发的。Lipid Profiler也已经应用到脂质组学的许多研究中。

 

16. 脂质组学数据库及相关网站

名称 网址 国家 内容
LMSD http://www.lipidmaps.org/data/structure/index.html 美国 脂质分类,脂质组学研究
LipidBank http://lipidbank.jp 日本 脂质分类,提供脂质实验数据
LIPIDAT http://www.caffreylab.ul.ie 美国 脂质的热力学、相位图和分子结构信息
Cyberlipid Center http://www.cyberlipid.org 法国 脂质结构信息和分析方法
SphinGOMAP http://sphingolab.biology.gatech.edu 美国 鞘脂类的生化合成途径
Lipid Library http://www.lipidlibrary.co.uk/index.html 英国 脂质化学、生物和分析等信息
KEGG http://www.genome.jp/kegg 日本 脂肪酸的合成和降解、胆固醇和磷脂的代谢途径等
GOLD http://gold.uni-graz.at/index.html 澳大利亚 与脂质紊乱相关的基因
SOFA http://sofa.bfel.de 德国 植物油及其脂质组成的信息

17. 参考文献
(1)蔡潭溪,刘平生,杨福全,杨福愉. 脂质组学研究进展. 生物化学与生物物理进展, 2010, 37(2):121-128.
(2)王涛, 梅旭荣, 钟秀丽, 李玉中. 脂质组学研究方法及其应用. 植物学报.2010, 45 (2):249-257.
(3)Han XL, GrossRW (2003). Global analyses of cellular lipidomes directly from crude extractsof biological samples by ESI mass spectrometry: a bridge to lipidomics. JLipid Res 44, 1071–1079. (IF 2013 4.73)

 

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