Multi-omics Analysis Using Next-Generation Sequencer and Mass Spectrometer in Longevity Research

Význam tématu

Demografické stárnutí populace a rostoucí nároky na zdravotní a sociální péči kladou důraz na prodloužení zdravé délky života. Modelový organismus Drosophila melanogaster umožňuje rychle a účinně zkoumat molekulární mechanismy dlouhověkosti a zdravého stárnutí.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem práce bylo porovnat dlouhověké mutanty mouchy s divokým typem napříč genomem, transkriptomem, proteomem a metabolomem. K tomu využili nanopórové sekvencování GridION, LCMS-9050 s Nexera Mikros a GCMS-TQ8040 NX a integrovali data do Multi-omics Analysis Package pro projekci na metabolické mapy.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky divokého typu a dlouhověkých mutant (n=2+2) po osmi backkrossech. Extrakce DNA a RNA standardními kity, sekvenování na GridION (R10.4.1 pro DNA, R9.4.1 pro cDNA). Proteomika S-Trap digestí a DDA na LCMS-9050 s Nexera Mikros, analýza v PEAKS Studio XPro. Metabolomika MRM metodou na GCMS-TQ8040 NX se Smart Metabolites Database verze 2.

Hlavní výsledky a diskuse

Genom odhalil přibližně 830000 SNV/Indel a 40000 strukturálních variant. Transkriptomík detekoval 5920 lokus, z toho 185 významných. Proteomika identifikovala 944 proteinů (162 pouze u divokého typu, 126 pouze u dlouhověkých, 656 společných) a po ANOVA vyšlo 28 statisticky významných. Metabolomika zachytila kolem 300 sloučenin. Integrace odhalila akumulaci homocysteinu a pokles 2-aminoadipové kyseliny v dlouhověké formě, potlačení tryptofanového metabolického toku a vkládání mutace v genu Vermillion potvrzené v DNA i RNA.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda výrazně zkracuje dobu analýzy – redukce počtu proměnných a integrace sekvenčních a hmotnostních dat vede ke zkrácení z dní na hodiny. Umožňuje identifikovat biomarkery zdravého stárnutí, optimalizovat screeningové postupy a zvýšit výkonnost laboratorních procesů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření proteomických analýz v režimu DIA, rozvoj rozsáhlejších metabolických knihoven, nasazení strojového učení pro vzorovou identifikaci, automatizace workflow a aplikace na klinické a další modelové organismy.

Závěr

Kombinace nanopórového sekvencování a hmotnostní spektrometrie v rámci multi-omics přístupu poskytuje efektivní nástroj pro studium dlouhověkosti. Integrovaná analýza genomu, transkriptomu, proteomu a metabolomu odhalila klíčové rozdíly a mechanismy, které mohou napomoci prodloužení zdravé délky života.

Reference

1) United Nations World Population Prospects 2022
2) Ministerstvo zdravotnictví Japonska Summary of the Annual Vital Statistics Report 2022
3) Nikkei Online článek Is 120 the upper limit of longevity supercentenarian world
4) PROTIFI Protocols Handbook
5) UniProt Proteomes Drosophila melanogaster Fruit fly
6) UniProt RSSA_DROME 40S ribosomal protein SA
7) DIAMOND online článek What is high homocysteine that causes Alzheimers and major diseases
8) David R Sell 2-aminoadipic acid as a marker of protein carbonyl oxidation in aging human skin