Metabolic flux determination using carbon 13 NMR. Application to normal and tumoral cells from central nervous system

Unité de résonance magnétique des systèmes biologiques, UMR 9991, CNRS/université de Bordeaux II, 146, rue Léo-Saignat, 33076 Bordeaux France.

Abstract

Carbon 13 NMR constitutes a potent tool to study cellular metabolism by the use of ¹³C enriched substrates. Analyzes of ¹³C NMR spectra recorded from acidic cell extracts lead to the evaluation of specific enrichment of various metabolites. On the other hand, the measure of homonuclear ¹³C^-13C spin coupling gives information on the different isotopomers for a given molecule. Mathematical models were developed to interpret the NMR data in terms of metabolic fluxes through the metabolic nework of interest. Various models established in our laboratoty are presented. These models were applied to metabolic studies of cultured central nervous system cells as rat cerebellar astrocytes and granule cells, and the C6 glioma cell line.

Résumé

La RMN du carbone 13 constitue un outil de choix pour étudier le métabolisme grâce à l’utilisation de subtrats enrichis en ¹³C. L’analyse des spectres de RMN du ¹³C enregistrés à partir d’extraits cellulaires permet d’évaluer l’enrichissement spécifique de divers composés du métabolisme. La mesure des couplages homonucléaires ¹³C^-13C donne des informations sur les contenus en différents isotopomères pour une molécule d’intérêt. Des modèles mathématiques ont été développés afin d’interpréter ces deux types de données en termes de flux à travers les réseaux métaboliques considérés. Différents modèles mis au point au laboratoire sont présentés. Ces modèles ont été appliqués à l’étude du métabolisme de cellules du système nerveux central en culture : astrocytes et cellules en grain du cervelet de rat et Hgnée du gliome C6.