@article{ArltBiehlTayloretal.2011, author = {Arlt, Wiebke and Biehl, Michael and Taylor, Angela E. and Hahner, Stefanie and Lib{\´e}, Rossella and Hughes, Beverly A. and Schneider, Petra and Smith, David J. and Stiekema, Han and Krone, Nils and Porfiri, Emilio and Opocher, Giuseppe and Bertherat, Jer{\^o}me and Mantero, Franco and Allolio, Bruno and Terzolo, Massimo and Nightingale, Peter and Shackleton, Cedric H. L. and Bertagna, Xavier and Fassnacht, Martin and Stewart, Paul M.}, title = {Urine Steroid Metabolomics as a Biomarker Tool for Detecting Malignancy in Adrenal Tumors}, series = {The Journal of Clinical Endocrinology \& Metabolism}, volume = {96}, journal = {The Journal of Clinical Endocrinology \& Metabolism}, number = {12}, doi = {10.1210/jc.2011-1565}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-154682}, pages = {3775 -- 3784}, year = {2011}, abstract = {Context: Adrenal tumors have a prevalence of around 2\% in the general population. Adrenocortical carcinoma (ACC) is rare but accounts for 2-11\% of incidentally discovered adrenal masses. Differentiating ACC from adrenocortical adenoma (ACA) represents a diagnostic challenge in patients with adrenal incidentalomas, with tumor size, imaging, and even histology all providing unsatisfactory predictive values. Objective: Here we developed a novel steroid metabolomic approach, mass spectrometry-based steroid profiling followed by machine learning analysis, and examined its diagnostic value for the detection of adrenal malignancy. Design: Quantification of 32 distinct adrenal derived steroids was carried out by gas chromatography/mass spectrometry in 24-h urine samples from 102 ACA patients (age range 19-84 yr) and 45 ACC patients (20-80 yr). Underlying diagnosis was ascertained by histology and metastasis in ACC and by clinical follow-up [median duration 52 (range 26-201) months] without evidence of metastasis in ACA. Steroid excretion data were subjected to generalized matrix learning vector quantization (GMLVQ) to identify the most discriminative steroids. Results: Steroid profiling revealed a pattern of predominantly immature, early-stage steroidogenesis in ACC. GMLVQ analysis identified a subset of nine steroids that performed best in differentiating ACA from ACC. Receiver-operating characteristics analysis of GMLVQ results demonstrated sensitivity = specificity = 90\% (area under the curve = 0.97) employing all 32 steroids and sensitivity = specificity = 88\% (area under the curve = 0.96) when using only the nine most differentiating markers. Conclusions: Urine steroid metabolomics is a novel, highly sensitive, and specific biomarker tool for discriminating benign from malignant adrenal tumors, with obvious promise for the diagnostic work-up of patients with adrenal incidentalomas.}, language = {en} } @article{ReelReelErlicetal.2022, author = {Reel, Smarti and Reel, Parminder S. and Erlic, Zoran and Amar, Laurence and Pecori, Alessio and Larsen, Casper K. and Tetti, Martina and Pamporaki, Christina and Prehn, Cornelia and Adamski, Jerzy and Prejbisz, Aleksander and Ceccato, Filippo and Scaroni, Carla and Kroiss, Matthias and Dennedy, Michael C. and Deinum, Jaap and Eisenhofer, Graeme and Langton, Katharina and Mulatero, Paolo and Reincke, Martin and Rossi, Gian Paolo and Lenzini, Livia and Davies, Eleanor and Gimenez-Roqueplo, Anne-Paule and Assi{\´e}, Guillaume and Blanchard, Anne and Zennaro, Maria-Christina and Beuschlein, Felix and Jefferson, Emily R.}, title = {Predicting hypertension subtypes with machine learning using targeted metabolites and their ratios}, series = {Metabolites}, volume = {12}, journal = {Metabolites}, number = {8}, issn = {2218-1989}, doi = {10.3390/metabo12080755}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-286161}, year = {2022}, abstract = {Hypertension is a major global health problem with high prevalence and complex associated health risks. Primary hypertension (PHT) is most common and the reasons behind primary hypertension are largely unknown. Endocrine hypertension (EHT) is another complex form of hypertension with an estimated prevalence varying from 3 to 20\% depending on the population studied. It occurs due to underlying conditions associated with hormonal excess mainly related to adrenal tumours and sub-categorised: primary aldosteronism (PA), Cushing's syndrome (CS), pheochromocytoma or functional paraganglioma (PPGL). Endocrine hypertension is often misdiagnosed as primary hypertension, causing delays in treatment for the underlying condition, reduced quality of life, and costly antihypertensive treatment that is often ineffective. This study systematically used targeted metabolomics and high-throughput machine learning methods to predict the key biomarkers in classifying and distinguishing the various subtypes of endocrine and primary hypertension. The trained models successfully classified CS from PHT and EHT from PHT with 92\% specificity on the test set. The most prominent targeted metabolites and metabolite ratios for hypertension identification for different disease comparisons were C18:1, C18:2, and Orn/Arg. Sex was identified as an important feature in CS vs. PHT classification.}, language = {en} } @article{BliziotisKluijtmansTinneveltetal.2022, author = {Bliziotis, Nikolaos G. and Kluijtmans, Leo A. J. and Tinnevelt, Gerjen H. and Reel, Parminder and Reel, Smarti and Langton, Katharina and Robledo, Mercedes and Pamporaki, Christina and Pecori, Alessio and Van Kralingen, Josie and Tetti, Martina and Engelke, Udo F. H. and Erlic, Zoran and Engel, Jasper and Deutschbein, Timo and N{\"o}lting, Svenja and Prejbisz, Aleksander and Richter, Susan and Adamski, Jerzy and Januszewicz, Andrzej and Ceccato, Filippo and Scaroni, Carla and Dennedy, Michael C. and Williams, Tracy A. and Lenzini, Livia and Gimenez-Roqueplo, Anne-Paule and Davies, Eleanor and Fassnacht, Martin and Remde, Hanna and Eisenhofer, Graeme and Beuschlein, Felix and Kroiss, Matthias and Jefferson, Emily and Zennaro, Maria-Christina and Wevers, Ron A. and Jansen, Jeroen J. and Deinum, Jaap and Timmers, Henri J. L. M.}, title = {Preanalytical pitfalls in untargeted plasma nuclear magnetic resonance metabolomics of endocrine hypertension}, series = {Metabolites}, volume = {12}, journal = {Metabolites}, number = {8}, issn = {2218-1989}, doi = {10.3390/metabo12080679}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-282930}, year = {2022}, abstract = {Despite considerable morbidity and mortality, numerous cases of endocrine hypertension (EHT) forms, including primary aldosteronism (PA), pheochromocytoma and functional paraganglioma (PPGL), and Cushing's syndrome (CS), remain undetected. We aimed to establish signatures for the different forms of EHT, investigate potentially confounding effects and establish unbiased disease biomarkers. Plasma samples were obtained from 13 biobanks across seven countries and analyzed using untargeted NMR metabolomics. We compared unstratified samples of 106 PHT patients to 231 EHT patients, including 104 PA, 94 PPGL and 33 CS patients. Spectra were subjected to a multivariate statistical comparison of PHT to EHT forms and the associated signatures were obtained. Three approaches were applied to investigate and correct confounding effects. Though we found signatures that could separate PHT from EHT forms, there were also key similarities with the signatures of sample center of origin and sample age. The study design restricted the applicability of the corrections employed. With the samples that were available, no biomarkers for PHT vs. EHT could be identified. The complexity of the confounding effects, evidenced by their robustness to correction approaches, highlighted the need for a consensus on how to deal with variabilities probably attributed to preanalytical factors in retrospective, multicenter metabolomics studies.}, language = {en} } @article{BohnertReinertTrellaetal.2021, author = {Bohnert, Simone and Reinert, Christoph and Trella, Stefanie and Schmitz, Werner and Ondruschka, Benjamin and Bohnert, Michael}, title = {Metabolomics in postmortem cerebrospinal fluid diagnostics: a state-of-the-art method to interpret central nervous system-related pathological processes}, series = {International Journal of Legal Medicine}, volume = {135}, journal = {International Journal of Legal Medicine}, issn = {0937-9827}, doi = {10.1007/s00414-020-02462-2}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-235724}, pages = {183-191}, year = {2021}, abstract = {In the last few years, quantitative analysis of metabolites in body fluids using LC/MS has become an established method in laboratory medicine and toxicology. By preparing metabolite profiles in biological specimens, we are able to understand pathophysiological mechanisms at the biochemical and thus the functional level. An innovative investigative method, which has not yet been used widely in the forensic context, is to use the clinical application of metabolomics. In a metabolomic analysis of 41 samples of postmortem cerebrospinal fluid (CSF) samples divided into cohorts of four different causes of death, namely, cardiovascular fatalities, isoIated torso trauma, traumatic brain injury, and multi-organ failure, we were able to identify relevant differences in the metabolite profile between these individual groups. According to this preliminary assessment, we assume that information on biochemical processes is not gained by differences in the concentration of individual metabolites in CSF, but by a combination of differently distributed metabolites forming the perspective of a new generation of biomarkers for diagnosing (fatal) TBI and associated neuropathological changes in the CNS using CSF samples.}, language = {en} } @article{MacintyreZhangViegelmannetal.2014, author = {Macintyre, Lynsey and Zhang, Tong and Viegelmann, Christina and Martinez, Ignacio Juarez and Cheng, Cheng and Dowdells, Catherine and Abdelmohsen, Usama Ramadan and Gernert, Christine and Hentschel, Ute and Edrada-Ebel, RuAngelie}, title = {Metabolomic Tools for Secondary Metabolite Discovery from Marine Microbial Symbionts}, series = {Marine Drugs}, volume = {12}, journal = {Marine Drugs}, number = {6}, issn = {1660-3397}, doi = {10.3390/md12063416}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-116097}, pages = {3416-3448}, year = {2014}, abstract = {Marine invertebrate-associated symbiotic bacteria produce a plethora of novel secondary metabolites which may be structurally unique with interesting pharmacological properties. Selection of strains usually relies on literature searching, genetic screening and bioactivity results, often without considering the chemical novelty and abundance of secondary metabolites being produced by the microorganism until the time-consuming bioassay-guided isolation stages. To fast track the selection process, metabolomic tools were used to aid strain selection by investigating differences in the chemical profiles of 77 bacterial extracts isolated from cold water marine invertebrates from Orkney, Scotland using liquid chromatography-high resolution mass spectrometry (LC-HRMS) and nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. Following mass spectrometric analysis and dereplication using an Excel macro developed in-house, principal component analysis (PCA) was employed to differentiate the bacterial strains based on their chemical profiles. NMR H-1 and correlation spectroscopy (COSY) were also employed to obtain a chemical fingerprint of each bacterial strain and to confirm the presence of functional groups and spin systems. These results were then combined with taxonomic identification and bioassay screening data to identify three bacterial strains, namely Bacillus sp. 4117, Rhodococcus sp. ZS402 and Vibrio splendidus strain LGP32, to prioritize for scale-up based on their chemically interesting secondary metabolomes, established through dereplication and interesting bioactivities, determined from bioassay screening.}, language = {en} } @phdthesis{Rikanovic2011, author = {Rikanovic, Carina}, title = {Metabolomanalytik antiinfektiv wirkender Isochinolinalkaloide}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-56183}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2011}, abstract = {Die zunehmende Entstehung von Resistenzen macht die Entwicklung neuer potenter Wirkstoffe zur Therapie von Infektionskrankheiten immer wichtiger. Dieser Aufgabe stellt sich auch der interdisziplin{\"a}r aufgebaute SFB 630, in den sich die vorliegende Arbeit eingliedert. Innerhalb des SFBs wurden Isochinolinalkaloid-Derivate (IQs) synthetisiert, die aktiv gegen verschiedene Mikroorganismen sind. Bioinformatische Modellierungen bilden die f{\"u}r den jeweiligen Mikroorganismus spezifischen Stoffwechselwege ab. In Netzwerkanalysen k{\"o}nnen {\"A}nderungen metabolischer Fl{\"u}sse durch pharmakologisch aktive Substanzen vorhergesagt werden. Gemeinsam mit bioinformatischen Modellen liefern die Metabolommessungen Hinweise auf m{\"o}gliche Wirkmechanismen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene analytische Methoden etabliert, um antiinfektive Wirkungen dieser verheißungsvollen Leitstrukturen auf das Metabolom verschiedener Mikroorganismen zu untersuchen. Die aus den Metabolommessungen erhaltenen Daten fließen in diese Modelle ein und tragen zu deren Optimierung bei. Die Mikroorganismen wurden f{\"u}r die Metabolomanalysen mit aktiven IQs (f{\"u}r S. aureus und C. albicans GB-AP-143, f{\"u}r L. major GB-AP-304) inkubiert. Bei C. albicans erfolgte die Probennahme zu unterschiedlichen Zeitpunkten (lag-, log-, station{\"a}re Phase), um auch die Zeitabh{\"a}ngigkeit der Effekte zu untersuchen. Zus{\"a}tzlich dienten bei C. albicans als Kontrollen neben parallel angesetzten Zellkulturen ohne Inhibitor, auch Zellkulturen, denen das L{\"o}sungsmittel DMSO zugegeben wurde. Es wurden Extraktionsmethoden f{\"u}r die betreffenden Metabolite der hier untersuchten Mikroorganismen (S. aureus, C. albicans, L. major) etabliert. Dabei lag der Fokus auf polaren Metaboliten, da bioinformatische Modellierungen f{\"u}r die Effekte der IQs {\"A}nderungen vor allem im Purin- und Pyrimidinstoffwechsel der Mikroorganismen vorhersagten. Zur Analyse des Nukleotidstoffwechsels wurde eine ionenpaarchromatographische HPLC-Methode entwickelt und optimiert. Mit dieser Methode konnten Nicotinamidderivate und Nukleotide des Purin- und Pyrimidinstoffwechsels in Zellextrakten von S. aureus, C. albicans und L. major quantifiziert werden. F{\"u}r eine Analyse des Wirkmechanismus von GB-AP-143 wurde die Zusammensetzung des Metaboloms von C. albicans mittels einer GC/MS-Methode bestimmt. Nach einer Derivatisierung des Extrakts mit Methoxyamin-HCl und MSTFA konnten in einem Lauf zugleich Target- und Fingerprintanalytik durchgef{\"u}hrt werden. Die Auswertung der Targetanalytik fand unter Anwendung der NIST-Datenbank und Vermessung von Standards statt. Hierbei konnten vor allem Aminos{\"a}uren quantitativ erfasst werden. Der Fingerprint wurde durch Einsatz multivariater statistischer Verfahren ausgewertet. Die Daten f{\"u}r die mit GB AP 143 behandelten S. aureus und die mit GB AP 304 behandelten L. major-Promastigoten liefern Hinweise auf eine Wirkung der IQs auf den Komplex-I der mitochondrialen Atmungskette. F{\"u}r die Behandlung der C. albicans-Kulturen mit GB-AP-143 konnten komplexe {\"A}nderungen im Nukleotid- und Aminos{\"a}urestoffwechsel gemessen werden. So beeinflusste bereits der Zeitpunkt der Probennahme (lag-, log- oder station{\"a}re Wachstumsphase) die Zusammensetzung des Metaboloms und auch das L{\"o}sungsmittel, das f{\"u}r die IQs verwendet wurde, verursachte komplexe {\"A}nderungen im Metabolom von C. albicans. Zus{\"a}tzlich wurden Nukleotid- und Aminos{\"a}urekonzentrationen Fluconazol-resistenter C. albicans-Mutanten (TAC, UPC und MRR) untersucht. Im Nukleotidstoffwechsel waren sowohl Konzentrationssteigerungen als auch ein Absinken der Konzentrationen im Vergleich zum Wildtyp zu verzeichnen. Der Aminos{\"a}urestoffwechsel zeigte insgesamt einen verminderten Gehalt an Aminos{\"a}uren der Mutanten gegen{\"u}ber dem Wildtyp. Da GB-AP-143 auch Aktivit{\"a}t gegen diese Mutanten zeigte, wurde exemplarisch die MRR-Mutante mit GB-AP-143 inkubiert, um zu untersuchen, ob die durch GB-AP-143 hervorgerufenen {\"A}nderungen im Nukleotid- und Aminos{\"a}urestoffwechsel {\"a}hnlich zu denen des Wildtyps sind. Es konnten im Nukleotidstoffwechsel gegenl{\"a}ufige Effekte f{\"u}r die Inkubation von GB-AP-143 des Wildtyps und der Mutante verzeichnet werden. Die Daten aus den HPLC/UV- und GC/MS-Messungen werden von der Bioinformatik zur Optimierung der verwendeten Modelle genutzt, um auf diese Weise die Wirkmechanismen der IQs besser modellieren zu k{\"o}nnen. Da das Cytochrom-P-450-Enzymsystem am Metabolismus von etwa 95 \% aller Arzneistoffe beteiligt ist, wurden die Effekte ausgew{\"a}hlter IQs auf die sechs wichtigsten arzneistoffmetabolisierenden Enzyme (CYP1A2, 2C8, 2C9, 2C19, 2D6 und 3A4) mit Hilfe eines bereits etablierten CYP-Assays analysiert und n{\"a}her charakterisiert. Im CYP-Assay zeigte sich f{\"u}r drei IQs eine CYP2D6-Hemmung. Die ausgepr{\"a}gte CYP2D6-selektive Hemmung von GB-AP-110 ergab einen IC50-Wert von nur 109 nM. Die Charakterisierung der Hemmung ergab einen reversiblen, kompetitiven Inhibitionsmechanismus.}, subject = {Metabolom}, language = {de} } @phdthesis{Cecil2012, author = {Cecil, Alexander [geb. Schmid]}, title = {Metabolische Netzwerkanalysen f{\"u}r den Weg von xenobiotischen zu vertr{\"a}glichen antibiotischen Substanzen}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-71866}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2012}, abstract = {Durch das Auftreten neuer St{\"a}mme resistenter Krankheitserreger ist die Suche nach neuartigen Wirkstoffen gegen diese, sich st{\"a}ndig weiter ausbreitende Bedrohung, dringend notwendig. Der interdisziplin{\"a}re Sonderforschungsbereich 630 der Universit{\"a}t W{\"u}rzburg stellt sich dieser Aufgabe, indem hier neuartige Xenobiotika synthetisiert und auf ihre Wirksamkeit getestet werden. Die hier vorgelegte Dissertation f{\"u}gt sich hierbei nahtlos in die verschiedenen Fachbereiche des SFB630 ein: Sie stellt eine Schnittstelle zwischen Synthese und Analyse der Effekte der im Rahmen des SFB630 synthetisierten Isochinolinalkaloid-Derivaten. Mit den hier angewandten bioinformatischen Methoden wurden zun{\"a}chst die wichtigsten Stoffwechselwege von S. epidermidis R62A, S. aureus USA300 und menschlicher Zellen in sogenannten metabolischen Netzwerkmodellen nachgestellt. Basierend auf diesen Modellen konnten Enzymaktivit{\"a}ten f{\"u}r verschiedene Szenarien an zugesetzten Xenobiotika berechnet werden. Die hierf{\"u}r ben{\"o}tigten Daten wurden direkt aus Genexpressionsanalysen gewonnen. Die Validierung dieser Methode erfolgte durch Metabolommessungen. Hierf{\"u}r wurde S. aureus USA300 mit verschiedenen Konzentrationen von IQ-143 behandelt und gem{\"a}ß dem in dieser Dissertation vorgelegten Ernteprotokoll aufgearbeitet. Die Ergebnisse hieraus lassen darauf schließen, dass IQ-143 starke Effekte auf den Komplex 1 der Atmungskette aus{\"u}bt - diese Resultate decken sich mit denen der metabolischen Netzwerkanalyse. F{\"u}r den Wirkstoff IQ-238 ergaben sich trotz der strukturellen {\"A}hnlichkeiten zu IQ-143 deutlich verschiedene Wirkeffekte: Dieser Stoff verursacht einen direkten Abfall der Enzymaktivit{\"a}ten in der Glykolyse. Dadurch konnte eine unspezifische Toxizit{\"a}t dieser Stoffe basierend auf ihrer chemischen Struktur ausgeschlossen werden. Weiterhin konnten die bereits f{\"u}r IQ-143 und IQ-238 auf Bakterien angewandten Methoden erfolgreich zur Modellierung der Effekte von Methylenblau auf verschiedene resistente St{\"a}mme von P. falciparum 3D7 angewandt werden. Dadurch konnte gezeigt werden, dass Methylenblau in einer Kombination mit anderen Pr{\"a}paraten gegen diesen Parasiten zum einen die Wirkung des Prim{\"a}rpr{\"a}parates verst{\"a}rkt, zum anderen aber auch in gewissem Maße vorhandene Resistenzen gegen das Prim{\"a}rpr{\"a}parat zu verringern vermag. Somit konnte durch die vorgelegte Arbeit eine Pipeline zur Identifizierung der metabolischen Effekte verschiedener Wirkstoffe auf unterschiedliche Krankheitserreger erstellt werden. Diese Pipeline kann jederzeit auf andere Organismen ausgeweitet werden und stellt somit einen wichtigen Ansatz um Netzwerkeffekte verschiedener, potentieller Medikamente aufzukl{\"a}ren.}, subject = {Stoffwechsel}, language = {de} } @article{KodererSchmitzWuenschetal.2022, author = {Koderer, Corinna and Schmitz, Werner and W{\"u}nsch, Anna Chiara and Balint, Julia and El-Mesery, Mohamed and Volland, Julian Manuel and Hartmann, Stefan and Linz, Christian and K{\"u}bler, Alexander Christian and Seher, Axel}, title = {Low energy status under methionine restriction is essentially independent of proliferation or cell contact inhibition}, series = {Cells}, volume = {11}, journal = {Cells}, number = {3}, issn = {2073-4409}, doi = {10.3390/cells11030551}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-262329}, year = {2022}, abstract = {Nonlimited proliferation is one of the most striking features of neoplastic cells. The basis of cell division is the sufficient presence of mass (amino acids) and energy (ATP and NADH). A sophisticated intracellular network permanently measures the mass and energy levels. Thus, in vivo restrictions in the form of amino acid, protein, or caloric restrictions strongly affect absolute lifespan and age-associated diseases such as cancer. The induction of permanent low energy metabolism (LEM) is essential in this process. The murine cell line L929 responds to methionine restriction (MetR) for a short time period with LEM at the metabolic level defined by a characteristic fingerprint consisting of the molecules acetoacetate, creatine, spermidine, GSSG, UDP-glucose, pantothenate, and ATP. Here, we used mass spectrometry (LC/MS) to investigate the influence of proliferation and contact inhibition on the energy status of cells. Interestingly, the energy status was essentially independent of proliferation or contact inhibition. LC/MS analyses showed that in full medium, the cells maintain active and energetic metabolism for optional proliferation. In contrast, MetR induced LEM independently of proliferation or contact inhibition. These results are important for cell behaviour under MetR and for the optional application of restrictions in cancer therapy.}, language = {en} } @article{SchaeblerAmatobiHornetal.2020, author = {Sch{\"a}bler, Stefan and Amatobi, Kelechi M. and Horn, Melanie and Rieger, Dirk and Helfrich‑F{\"o}rster, Charlotte and Mueller, Martin J. and Wegener, Christian and Fekete, Agnes}, title = {Loss of function in the Drosophila clock gene period results in altered intermediary lipid metabolism and increased susceptibility to starvation}, series = {Cellular and Molecular Life Sciences}, volume = {77}, journal = {Cellular and Molecular Life Sciences}, issn = {1420-682X}, doi = {10.1007/s00018-019-03441-6}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-232432}, pages = {4939-4956}, year = {2020}, abstract = {The fruit fly Drosophila is a prime model in circadian research, but still little is known about its circadian regulation of metabolism. Daily rhythmicity in levels of several metabolites has been found, but knowledge about hydrophobic metabolites is limited. We here compared metabolite levels including lipids between period\(^{01}\) (per\(^{01}\)) clock mutants and Canton-S wildtype (WT\(_{CS}\)) flies in an isogenic and non-isogenic background using LC-MS. In the non-isogenic background, metabo-lites with differing levels comprised essential amino acids, kynurenines, pterinates, glycero(phospho)lipids, and fatty acid esters. Notably, detectable diacylglycerols (DAG) and acylcarnitines (AC), involved in lipid metabolism, showed lower levels in per\(^{01}\) mutants. Most of these differences disappeared in the isogenic background, yet the level differences for AC as well as DAG were consistent for fly bodies. AC levels were dependent on the time of day in WTCS in phase with food consumption under LD conditions, while DAGs showed weak daily oscillations. Two short-chain ACs continued to cycle even in constant darkness. per\(^{01}\) mutants in LD showed no or very weak diel AC oscillations out of phase with feeding activity. The low levels of DAGs and ACs in per\(^{01}\) did not correlate with lower total food consumption, body mass or weight. Clock mutant flies showed higher sensitivity to starvation independent of their background-dependent activity level. Our results suggest that neither feeding, energy storage nor mobilisation is significantly affected in per\(^{01}\) mutants, but point towards impaired mitochondrial activity, supported by upregulation of the mitochondrial stress marker 4EBP in the clock mutants}, language = {en} } @phdthesis{Wagner2008, author = {Wagner, Silvia}, title = {Identifizierung von Biomarkern mittels LC-MS-basiertem Metabonomics - Merkapturs{\"a}uren als Indikatoren f{\"u}r die Bildung toxischer Intermediate}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-35760}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2008}, abstract = {Metabonomics bildet das Ende der Omics-Kaskade und stellt eine top-down-Strategie zur Erfassung und Interpretation des Metaboloms, d. h. der Gesamtheit aller niedermolekularen Metaboliten in einem intakten Organismus, dar. Ziel der Technik ist es, mittels geeigneter ungerichteter Screeningverfahren in nicht-invasiv zu gewinnenden biologischen Proben wie Urin oder Blut charakteristische Metabolitenprofile zu bestimmen. Im Kontext des Metabonomics wurde in Anlehnung an den Geno- bzw. Ph{\"a}notyp hierf{\"u}r der Begriff „Metabotyp" gepr{\"a}gt. Durch biostatistische Methoden, die auf Mustererkennung (pattern recognition) basieren, k{\"o}nnen Signaturen gegen{\"u}bergestellt und auf diesem Weg gruppenspezifische Metaboliten, d. h. Biomarker bzw. Metabolitenmuster, extrahiert werden. Metabonomics kann folglich als Fusion klassischer bioanalytischer und biostatistischer Verfahren aufgefasst werden. Seit der Einf{\"u}hrung im Jahr 1999 hat sich das Konzept des Metabonomics in mehrere Richtungen weiterentwickelt. So gab es Bestrebungen, die Technik, die urspr{\"u}nglich zur Pr{\"a}diktion von toxischen Effekten bei der Arzneistoffentwicklung etabliert wurde, auf Fragestellungen zu {\"u}bertragen, die den Menschen im Mittelpunkt haben. Neben pr{\"a}klinischen Anwendungen verfolgt man mit Metabonomics zunehmend das Ziel, einer personalisierten Medizin und Ern{\"a}hrung einen Schritt n{\"a}her zu kommen. Da sich die urspr{\"u}nglich eingesetzte NMR-Technik als zu unempfindlich und die resultierenden Metabolitenprofile als zu anf{\"a}llig gegen{\"u}ber biologischen und analytischen Einflussgr{\"o}ßen (Confoundern) erwiesen haben, wurde parallel auf sensitivere Verfahren wie die Massenspektrometrie gesetzt. Insbesondere die Kopplung mit der Hochdruckfl{\"u}ssigchromatographie erwies sich hierbei f{\"u}r das Metabolitenscreening als geeignet. Schnell wurde allerdings klar, dass aus den klassischen full scan/TOF-Methoden Datens{\"a}tze resultierten, die h{\"a}ufig zu komplex waren, um mit nachgeschalteten chemometrischen Verfahren die „Spreu vom Weizen trennen" zu k{\"o}nnen. Da sich Metabolitendatenbanken bisher noch im Aufbau befinden, ist die Identifizierung der Marker mit zus{\"a}tzlichen Schwierigkeiten verbunden und bedarf aufw{\"a}ndiger analytischer Verfahren. Eine Strategie stellt daher die Beschr{\"a}nkung auf ein Metabolitensubset dar. Indem man sich auf Metabolitenklassen fokussiert, die einen Bezug zum untersuchten Mechanismus haben, k{\"o}nnen die Erfolgsaussichten bei der Identifizierung charakteristischer Biomarker deutlich erh{\"o}ht werden. Aufgrund zahlreicher exogener und endogener Faktoren (Arzneistoffe, Industriechemikalien, Nahrungsbestandteile, Tabakrauchbestandteile, Produkte der Lipidperoxidation etc.) ist der menschliche Organismus stets einer Vielzahl an elektrophilen Verbindungen ausgesetzt. Oxidative Sch{\"a}digungen an Strukturen wie der DNA, Proteinen und Lipiden werden mit einer Reihe von Krankheitsbildern in Zusammenhang gebracht, darunter Parkinson, Alzheimer, Krebs und Volkskrankheiten wie Arteriosklerose, Allergien und koronare Herzerkrankungen. Mit dem Glutathionsystem verf{\"u}gt der K{\"o}rper {\"u}ber einen wirksamen Detoxifizierungsmechanismus. Das Tripeptid Glutathion reagiert als Nukleophil mit den exogen oder endogen gebildeten elektrophilen Intermediaten. Endprodukte sind Merkapturs{\"a}uren (N-Acetyl-L-Cystein-Addukte) bzw. deren Sulfoxide, die in erster Linie mit dem Urin ausgeschieden werden. Folglich besteht zwischen diesen Merkapturs{\"a}urederivaten und der elektrophilen Belastung eines Organismus ein direkter Zusammenhang. Vor diesem Hintergrund war es das Ziel der Arbeit, einen nicht-invasiven Metabonomicsansatz zur Anwendung am Menschen zu entwickeln. Durch die Fokussierung des Metabolitenscreenings auf die Effekt-, Dosis- und Suszeptibilit{\"a}tsmarkerklasse der Merkapturs{\"a}uren sollten hierbei die Erfolgsaussichten im Hinblick auf die Identifizierung potentieller Biomarker f{\"u}r diverse toxikologische sowie medizinische Endpunkte erh{\"o}ht werden.}, subject = {Metabolom}, language = {de} } @article{AbdelhafezFawzyFahimetal.2018, author = {Abdelhafez, Omnia Hesham and Fawzy, Michael Atef and Fahim, John Refaat and Desoukey, Samar Yehia and Krischke, Markus and Mueller, Martin J. and Abdelmohsen, Usama Ramadan}, title = {Hepatoprotective potential of Malvaviscus arboreus against carbon tetrachloride-induced liver injury in rats}, series = {PLoS ONE}, volume = {13}, journal = {PLoS ONE}, number = {8}, doi = {10.1371/journal.pone.0202362}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-177243}, pages = {e0202362}, year = {2018}, abstract = {Malvaviscus arboreus Cav. is a medicinal plant belonging to family Malvaceae with both ethnomedical and culinary value; however, its phytochemical and biological profiles have been scarcely studied. Accordingly, this work was designed to explore the chemical composition and the hepatoprotective potential of M. arboreus against carbon tetrachloride (CCl\(_4\))-induced hepatotoxicity. The total extract of the aerial parts and its derived fractions (petroleum ether, dichloromethane, ethyl acetate, and aqueous) were orally administered to rats for six consecutive days, followed by injection of CCl\(_4\) (1:1 v/v, in olive oil, 1.5 ml/kg, i.p.) on the next day. Results showed that the ethyl acetate and dichloromethane fractions significantly alleviated liver injury in rats as indicated by the reduced levels of alanine transaminase (ALT), aspartate transaminase (AST), alkaline phosphatase (ALP), total bilirubin (TB), and malondialdehyde (MDA), along with enhancement of the total antioxidant capacities of their livers, with the maximum effects were recorded by the ethyl acetate fraction. Moreover, the protective actions of both fractions were comparable to those of silymarin (100 mg/kg), and have been also substantiated by histopathological evaluations. On the other hand, liquid chromatography-high resolution electrospray ionization mass spectrometry (LC‒HR‒ESI‒MS) metabolomic profiling of the crude extract of M. arboreus aerial parts showed the presence of a variety of phytochemicals, mostly phenolics, whereas the detailed chemical analysis of the most active fraction (i.e. ethyl acetate) resulted in the isolation and identification of six compounds for the first time in the genus, comprising four phenolic acids; β-resorcylic, caffeic, protocatechuic, and 4-hydroxyphenylacetic acids, in addition to two flavonoids; trifolin and astragalin. Such phenolic principles, together with their probable synergistic antioxidant and liver-protecting properties, seem to contribute to the observed hepatoprotective potential of M. arboreus.}, language = {en} } @article{NaglerNaegeleGillietal.2018, author = {Nagler, Matthias and N{\"a}gele, Thomas and Gilli, Christian and Fragner, Lena and Korte, Arthur and Platzer, Alexander and Farlow, Ashley and Nordborg, Magnus and Weckwerth, Wolfram}, title = {Eco-Metabolomics and Metabolic Modeling: Making the Leap From Model Systems in the Lab to Native Populations in the Field}, series = {Frontiers in Plant Science}, volume = {9}, journal = {Frontiers in Plant Science}, number = {1556}, issn = {1664-462X}, doi = {10.3389/fpls.2018.01556}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-189560}, year = {2018}, abstract = {Experimental high-throughput analysis of molecular networks is a central approach to characterize the adaptation of plant metabolism to the environment. However, recent studies have demonstrated that it is hardly possible to predict in situ metabolic phenotypes from experiments under controlled conditions, such as growth chambers or greenhouses. This is particularly due to the high molecular variance of in situ samples induced by environmental fluctuations. An approach of functional metabolome interpretation of field samples would be desirable in order to be able to identify and trace back the impact of environmental changes on plant metabolism. To test the applicability of metabolomics studies for a characterization of plant populations in the field, we have identified and analyzed in situ samples of nearby grown natural populations of Arabidopsis thaliana in Austria. A. thaliana is the primary molecular biological model system in plant biology with one of the best functionally annotated genomes representing a reference system for all other plant genome projects. The genomes of these novel natural populations were sequenced and phylogenetically compared to a comprehensive genome database of A. thaliana ecotypes. Experimental results on primary and secondary metabolite profiling and genotypic variation were functionally integrated by a data mining strategy, which combines statistical output of metabolomics data with genome-derived biochemical pathway reconstruction and metabolic modeling. Correlations of biochemical model predictions and population-specific genetic variation indicated varying strategies of metabolic regulation on a population level which enabled the direct comparison, differentiation, and prediction of metabolic adaptation of the same species to different habitats. These differences were most pronounced at organic and amino acid metabolism as well as at the interface of primary and secondary metabolism and allowed for the direct classification of population-specific metabolic phenotypes within geographically contiguous sampling sites.}, language = {en} } @phdthesis{Schaebler2022, author = {Sch{\"a}bler, Stefan}, title = {Charakterisierung des circadianen Drosophila Metaboloms unter Zuhilfenahme massenspektrometrischer Methoden}, doi = {10.25972/OPUS-25190}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-251908}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2022}, abstract = {Die F{\"a}higkeit sich an die Rotation der Erde und den daraus resultierenden Tag- und Nacht-Rhythmus anzupassen, basiert auf einer komplexen Regulation verschiedener physiologischer Prozesse. Auf molekularer Ebene liegt diesen Prozessen eine Orchestration von Uhr-Genen zugrunde - auch als innere Uhr bezeichnet - die einen aktivierenden bzw. reprimierenden Einfluss auf die Expression einer Vielzahl weiterer Gene hat. Ausgehend von dieser Regulation lassen sich auf unterschiedlichsten Ebenen tageszeitabh{\"a}ngige, wiederkehrende Rhythmen beobachten. W{\"a}hrend diese wiederkehrenden Rhythmen auf einigen Ebenen bereits gut erforscht und beschrieben sind, gibt es weitere Ebenen wie den Metabolismus, {\"u}ber die das Wissen bisher noch begrenzt ist. So handelt es sich bei Drosophila beispielsweise um den Organismus, dessen innere Uhr auf molekularer Ebene wahrscheinlich mit am besten charakterisiert ist. Dennoch ist bisher nur wenig {\"u}ber Stoffklassen bekannt, deren Metabolismus durch die innere Uhr kontrolliert wird. Zwar konnte bereits gezeigt werden, dass sich eine gest{\"o}rte innere Uhr auf die Anlage der Energiespeicher auswirkt, inwiefern dies allerdings einen Einfluss auf dem intermedi{\"a}ren Stoffwechsel hat, blieb bisher weitgehend unerforscht. Auch die Frage, welche Metaboliten wiederkehrende, tageszeitabh{\"a}ngige Rhythmen aufweisen, wurde bisher nur f{\"u}r eine begrenzte Anzahl Metaboliten untersucht. Bei der hier durchgef{\"u}hrten Arbeit wurden deshalb zun{\"a}chst die globalen Metabolit-Profile von Fliegen mit einer auf molekularer Ebene gest{\"o}rten inneren Uhr (per01) mit Fliegen, die {\"u}ber eine funktionale Uhr verf{\"u}gen (CantonS), zu zwei Zeitpunkten verglichen. Um die Anzahl der zeitgleich untersuchten Gewebe und somit die Komplexit{\"a}t der Probe zu reduzieren, wurden hierf{\"u}r die K{\"o}pfe von den K{\"o}rpern der Fliegen getrennt und separat analysiert. Beide K{\"o}rperteile wurden sowohl auf kleine hydrophile als auch auf hydrophobe Metaboliten hin mittels UPLC-ESI-qTOF-MS untersucht. Die anschließend durchgef{\"u}hrte, statistische Analyse brachte hervor, dass sich Unterschiede zwischen den beiden Fliegenlinien besonders in den Spiegeln der essentiellen Aminos{\"a}uren, den Kynureninen, den Pterinaten sowie den Spiegeln der Glycero(phospho)lipiden und Fetts{\"a}ureester zeigten. Bei den Lipiden zeigte sich, dass die Auswirkungen weniger ausgepr{\"a}gt f{\"u}r die Anlage der Speicher- und Strukturlipide als f{\"u}r die Intermediate des Lipidabbaus, die Diacylglycerole (DAGs) sowie die Acylcarnitine (ACs), waren. Um zu best{\"a}tigen, dass die inneren Uhr tats{\"a}chlich einen regulatorischen Einfluss auf die ausgemachten Stoffwechselwege hat, wurden anschließend die Spiegel aller Mitglieder darauf hin untersucht, ob diese wiederkehrende, tageszeitabh{\"a}ngige Schwankungen aufweisen. Hierf{\"u}r wurden Proben alle zwei Stunden {\"u}ber drei aufeinanderfolgende Tage genommen und analysiert, bevor mittels JTK_CYCLE eine statistische Analyse der Daten durchgef{\"u}hrt und die Metaboliten herausgefiltert wurden, die ein rhythmisches Verhalten bei einer Periodenl{\"a}nge von 24h zeigten. Hierbei best{\"a}tigte sich, dass besonders die Mitglieder des intermedi{\"a}ren Lipidmetablismus hiervon betroffen waren. So konnten zwar auch f{\"u}r einige Aminos{\"a}uren robuste Rhythmen ausgemacht werden, besonders ausgepr{\"a}gt waren diese jedoch erneut bei den DAGs und den ACs. Die abschließende Untersuchung letzterer unter Freilaufbedingungen (DD) sowie in per01 brachte hervor, dass die ausgemachten Rhythmen unter diesen Bedingungen entweder nicht mehr detektiert werden konnten oder deutlich abgeschw{\"a}cht vorlagen. Lediglich zwei kurzkettige ACs zeigten auch unter DD-Bedingungen statistisch signifikante Rhythmen in ihren Spiegeln. Dies spricht daf{\"u}r, dass neben der Regulation durch die innere Uhr weitere Faktoren, wie beispielsweise das Licht, eine entscheidende Rolle zu spielen scheinen.}, subject = {Drosophila}, language = {de} } @article{BalonovKurlbaumKoschkeretal.2023, author = {Balonov, Ilja and Kurlbaum, Max and Koschker, Ann-Cathrin and Stier, Christine and Fassnacht, Martin and Dischinger, Ulrich}, title = {Changes in plasma metabolomic profile following bariatric surgery, lifestyle intervention or diet restriction — insights from human and rat studies}, series = {International Journal of Molecular Sciences}, volume = {24}, journal = {International Journal of Molecular Sciences}, number = {3}, issn = {1422-0067}, doi = {10.3390/ijms24032354}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-304462}, year = {2023}, abstract = {Although bariatric surgery is known to change the metabolome, it is unclear if this is specific for the intervention or a consequence of the induced bodyweight loss. As the weight loss after Roux-en-Y Gastric Bypass (RYGB) can hardly be mimicked with an evenly effective diet in humans, translational research efforts might be helpful. A group of 188 plasma metabolites of 46 patients from the randomized controlled W{\"u}rzburg Adipositas Study (WAS) and from RYGB-treated rats (n = 6) as well as body-weight-matched controls (n = 7) were measured using liquid chromatography tandem mass spectrometry. WAS participants were randomized into intensive lifestyle modification (LS, n = 24) or RYGB (OP, n = 22). In patients in the WAS cohort, only bariatric surgery achieved a sustained weight loss (BMI -34.3\% (OP) vs. -1.2\% (LS), p ≤ 0.01). An explicit shift in the metabolomic profile was found in 57 metabolites in the human cohort and in 62 metabolites in the rodent model. Significantly higher levels of sphingolipids and lecithins were detected in both surgical groups but not in the conservatively treated human and animal groups. RYGB leads to a characteristic metabolomic profile, which differs distinctly from that following non-surgical intervention. Analysis of the human and rat data revealed that RYGB induces specific changes in the metabolome independent of weight loss.}, language = {en} } @article{ChengMacIntyreRamadanAbdelmohsenetal.2015, author = {Cheng, Cheng and MacIntyre, Lynsey and Ramadan Abdelmohsen, Usama and Horn, Hannes and Polymenakou, Paraskevi N. and Edrada-Ebel, RuAngelie and Hentschel, Ute}, title = {Biodiversity, Anti-Trypanosomal Activity Screening, and Metabolomic Profiling of Actinomycetes Isolated from Mediterranean Sponges}, series = {PLoS One}, volume = {10}, journal = {PLoS One}, number = {9}, doi = {10.1371/journal.pone.0138528}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-125138}, pages = {e0138528}, year = {2015}, abstract = {Marine sponge-associated actinomycetes are considered as promising sources for the discovery of novel biologically active compounds. In the present study, a total of 64 actinomycetes were isolated from 12 different marine sponge species that had been collected offshore the islands of Milos and Crete, Greece, eastern Mediterranean. The isolates were affiliated to 23 genera representing 8 different suborders based on nearly full length 16S rRNA gene sequencing. Four putatively novel species belonging to genera Geodermatophilus, Microlunatus, Rhodococcus and Actinomycetospora were identified based on a 16S rRNA gene sequence similarity of < 98.5\% to currently described strains. Eight actinomycete isolates showed bioactivities against Trypanosma brucei brucei TC221 with half maximal inhibitory concentration (IC50) values <20 μg/mL. Thirty four isolates from the Milos collection and 12 isolates from the Crete collection were subjected to metabolomic analysis using high resolution LC-MS and NMR for dereplication purposes. Two isolates belonging to the genera Streptomyces (SBT348) and Micromonospora (SBT687) were prioritized based on their distinct chemistry profiles as well as their anti-trypanosomal activities. These findings demonstrated the feasibility and efficacy of utilizing metabolomics tools to prioritize chemically unique strains from microorganism collections and further highlight sponges as rich source for novel and bioactive actinomycetes.}, language = {en} }