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The composition of stable-isotope labelled isotopologues/isotopomers in metabolic products can be measured by mass spectrometry and supports the analysis of pathways and fluxes. As a prerequisite, the original mass spectra have to be processed, managed and stored to rapidly calculate, analyse and compare isotopomer enrichments to study, for instance, bacterial metabolism in infection. For such applications, we provide here the database application ‘Isotopo’. This software package includes (i) a database to store and process isotopomer data, (ii) a parser to upload and translate different data formats for such data and (iii) an improved application to process and convert signal intensities from mass spectra of \(^{13}C\)-labelled metabolites such as tertbutyldimethylsilyl-derivatives of amino acids. Relative mass intensities and isotopomer distributions are calculated applying a partial least square method with iterative refinement for high precision data. The data output includes formats such as graphs for overall enrichments in amino acids. The package is user-friendly for easy and robust data management of multiple experiments.
Background
The knowledge of metabolic pathways and fluxes is important to understand the adaptation of organisms to their biotic and abiotic environment. The specific distribution of stable isotope labelled precursors into metabolic products can be taken as fingerprints of the metabolic events and dynamics through the metabolic networks. An open-source software is required that easily and rapidly calculates from mass spectra of labelled metabolites, derivatives and their fragments global isotope excess and isotopomer distribution.
Results
The open-source software “Least Square Mass Isotopomer Analyzer” (LS-MIDA) is presented that processes experimental mass spectrometry (MS) data on the basis of metabolite information such as the number of atoms in the compound, mass to charge ratio (m/e or m/z) values of the compounds and fragments under study, and the experimental relative MS intensities reflecting the enrichments of isotopomers in 13C- or 15 N-labelled compounds, in comparison to the natural abundances in the unlabelled molecules. The software uses Brauman’s least square method of linear regression. As a result, global isotope enrichments of the metabolite or fragment under study and the molar abundances of each isotopomer are obtained and displayed.
Conclusions
The new software provides an open-source platform that easily and rapidly converts experimental MS patterns of labelled metabolites into isotopomer enrichments that are the basis for subsequent observation-driven analysis of pathways and fluxes, as well as for model-driven metabolic flux calculations.
Die vorgestellte Arbeit analysiert an 29 Patienten die Integrität des Endothelzellverbandes der V. saphena magna in Abhängigkeit von drei unterschiedlichen, etablierten Entnahmetechniken im Rahmen einer Herz-Bypass-Operation. Darüber hinaus wird die Frequenz von Sekundärkomplikationen erfasst.
Ein chirurgisch induzierter Endothelzellschaden beeinträchtigt die Offenheitsrate von Bypassgefäßen.
Die minimal-invasive Operationsmethode soll neben einer schonenden Gefäßgewinnung eine reduzierte Frequenz von Wundheilungsstörungen bei einem kosmetisch verbesserten Ergebnis sowie verminderte postoperative Schmerzen nach der Venenentnahme ermöglichen. Diese Vorteile dürfen nicht zu Ungunsten der Bypassqualität bzw. eines verschlechterten Langzeitergebnis erzielt werden.
Mittels lichtmikroskopischer Untersuchung von Venenproben konnten wir nachweisen, dass die minimal-invasive Entnahmetechnik mit dem SaphLITE-System zu keiner vermehrten Endothelschädigung gegenüber einer konventionellen Operationsmethode mit physiologischer Perfusion führt. Ursächlich hierfür erachten wir ein schonendes Vorgehen durch Verwedung von SaphLITE.
Unsere Daten decken sich in hervorragender Weise mit Ergebnissen vorausgegangener Studien. Eine marginal verlängerte Entnahmezeit wirkt sich in der Gruppe mit der minimalinvasiven Technik nicht auf den gesamten Operationsablauf aus.
Eine längere Lagerung der V. saphena magna in heparinisiertem Patientenblut bei Raumtemperatur nach Standardentnahme führt hingengen im Vergleich mit der zu einem nachweislich stärkeren Endothelschaden. Diese Praktik mit einer frühen Entnahme sollte demzufolge vermieden werden.
In allen Gruppen kam es zu keinen Wundheilungsstörungen am Bein, die einer chirurgischen Intervention bedurften.
Zusammengefasst bietet das SaphLITE System eine sichere Lösung zur minimal invasiven Venengewinnung zur coronaren Bypassversorgung an. Bei geringfügig verlängerten Prozedurzeiten konnte das System etwas überdurchschnittliche Protektionsergebnisse erzielen. Die Studie konnte keine SaphLITE-bedingten Komplikationen nachweisen.
Mouse embryonic stem cells (ESCs) are maintained in a naive ground state of pluripotency in the presence of MEK and GSK3 inhibitors. Here, we show that ground-state ESCs express low Myc levels. Deletion of both c-myc and N-myc (dKO) or pharmacological inhibition of Myc activity strongly decreases transcription, splicing, and protein synthesis, leading to proliferation arrest. This process is reversible and occurs without affecting pluripotency, suggesting that Myc-depleted stem cells enter a state of dormancy similar to embryonic diapause. Indeed, c-Myc is depleted in diapaused blastocysts, and the differential expression signatures of dKO ESCs and diapaused epiblasts are remarkably similar. Following Myc inhibition, pre-implantation blastocysts enter biosynthetic dormancy but can progress through their normal developmental program after transfer into pseudo-pregnant recipients. Our study shows that Myc controls the biosynthetic machinery of stem cells without affecting their potency, thus regulating their entry and exit from the dormant state.