Comprehensive molecular characterisation of lipoproteins and lipids in epidemiological studies : towards combining NMR metabolomics and LC-MS/MS lipidomics
Zhao, Siyu (2025-03-21)
© University of Oulu, 2025. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited. © Oulun yliopisto, 2025. Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
https://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202502101554
Kuvaus
Tiivistelmä
Cardiometabolic disease is a major global health issue, with obesity being a significant contributor. Lipoprotein particles and the accompanying lipid molecules represent key pathways for cardiometabolic disease, and understanding the intricate details of the extensive available data provides innovative opportunities to explain the disease processes in more detail. Quantitative lipoprotein analytics by NMR spectroscopy is becoming commonplace to analyse serum samples. On the other hand, MS-based lipidomics methodologies open a more prolific view on hundreds of provided detailed circulating lipids, but MS lipidomics cannot directly link the individual lipid molecules to the circulating lipoprotein particles. Thus, combining MS lipidomics and NMR metabolomics together provides an excellent characterisation of all the circulating lipid moieties.
The present results in the thesis first elucidate fundamental structural and metabolic relationships between lipoprotein subclasses, empowering a detailed interpretation of lipoprotein metabolism. The lipoprotein measures information was then applied in a Roux-en-Y gastric bypass bariatric surgery clinical study as a clear decrease in triglycerides and all the VLDL particle concentrations were observed after the surgery. Also, the comprehensive metabolic analyses indicate weight loss and improved insulin sensitivity during the six months after the Roux-en-Y gastric bypass surgery are the key physiological outcomes mediating the short-term advantageous metabolic effects. Most importantly, the novel, combination data of both NMR and MS platforms demonstrated that lipoprotein-related lipid transport and metabolism inherently affect the lipidomic associations, and these effects and their relevance to the interpretations of lipidomics data are presented and discussed in detail for the first time. The molecular lipoprotein and lipid information provided by these combined data are unprecedented for molecular epidemiology, and demonstrate a new potential avenue for population studies.
Kardiometaboliset sairaudet ovat suuri maailmanlaajuinen terveysongelma, johon liikalihavuus vaikuttaa merkittävästi. Lipoproteiinipartikkelit ja niihin liittyvät lipidimolekyylit edustavat avainreittejä kardiometabolisiin sairauksiin, ja saatavilla olevan laajan tiedon monimutkaisten yksityiskohtien ymmärtäminen tarjoaa innovatiivisia mahdollisuuksia selittää sairausprosesseja tarkemmin. Lipoproteiinien kvantitatiivinen analyysi NMR-spektroskopialla on yhä yleisempää seeruminäytteiden analysoinnissa. Toisaalta massaspektrometriaan perustuvat lipidomiikan menetelmät avaavat tuotteliaamman näkymän sadoista yksityiskohtaisista verenkierrossa olevista lipideistä, mutta massaspektrometrian lipidomiikka ei pysty suoraan yhdistämään yksittäisiä lipidimolekyylejä kiertäviin lipoproteiinipartikkeleihin. Siten MS-lipidomiikan ja NMR-metabomiikan yhdistelmä mahdollistaa kaikkien kiertävien lipidifraktioiden erinomaisen karakterisoinnin.
Tämän opinnäytetyön tulokset alkavat selvittää lipoproteiinialaluokkien välisiä perustavanlaatuisia rakenteellisia ja metabolisia suhteita, mikä mahdollistaa lipoproteiiniaineenvaihdunnan yksityiskohtaisen tulkinnan. Lipoproteiinimittauksia koskevia tietoja sovellettiin sitten Roux-en-Y:n bariatrisessa mahalaukun ohitusleikkaustutkimuksessa, jossa havaittiin triglyseridien ja kaikkien VLDL-hiukkaspitoisuuksien merkittävä väheneminen leikkauksen jälkeen. Lisäksi kattavat aineenvaihdunta-analyysit osoittavat, että painonpudotus ja parantunut insuliiniherkkyys kuuden kuukauden sisällä Roux-en-Y:n mahalaukun ohitusleikkauksesta ovat ensisijaisia fysiologisia tekijöitä, jotka välittävät hyödyllisiä lyhytaikaisia metabolisia vaikutuksia. Mikä tärkeintä, uudet yhdistetyt tiedot NMR- ja MS-alustoista osoittivat, että lipoproteiiniin sitoutunut lipidien kuljetus ja aineenvaihdunta vaikuttavat luontaisesti lipidomisiin assosiaatioihin, ja nämä vaikutukset ja niiden merkitys lipidomisten tietojen tulkinnassa esitetään ja niistä keskustellaan yksityiskohtaisesti ensimmäistä kertaa. Näiden yhdistettyjen tietojen tarjoamat molekyylitiedot lipoproteiineista ja lipideistä ovat molekyyliepidemiologian kannalta erityisasemassa ja osoittavat mahdollisen uuden väylän väestötutkimuksille.
Original papers
-
Ala-Korpela, M., Zhao, S., Järvelin, M.-R., Mäkinen, V.-P., & Ohukainen, P. (2022). Apt interpretation of comprehensive lipoprotein data in large-scale epidemiology: Disclosure of fundamental structural and metabolic relationships. International Journal of Epidemiology, 51(3), 996–1011. https://doi.org/10.1093/ije/dyab156 https://doi.org/10.1093/ije/dyab156
-
Zhao, S., Hörkkö, S., Savolainen, M. J., Koivukangas, V., Mäkinen, V.-P., Ala-Korpela, M., & Hukkanen, J. (2024). Short-term metabolic changes and their physiological mediators in the Roux-en-Y gastric bypass bariatric surgery. Obesity Surgery, 34(2), 625–634. https://doi.org/10.1007/s11695-023-07042-y https://doi.org/10.1007/s11695-023-07042-y
-
Zhao, S., Ohukainen, P., Kettunen, J., Järvelin, M.-R., Kähönen, M., Lehtimäki, T., Viikari, J., Raitakari, O. T., Mäkinen, V.-P., & Ala-Korpela, M. (2024). Understanding lipidomics associations and the lipoprotein-related caveats in population epidemiology. American Journal of Epidemiology, kwae445. https://doi.org/10.1093/aje/kwae445 https://doi.org/10.1093/aje/kwae445
Osajulkaisut
-
Ala-Korpela, M., Zhao, S., Järvelin, M.-R., Mäkinen, V.-P., & Ohukainen, P. (2022). Apt interpretation of comprehensive lipoprotein data in large-scale epidemiology: Disclosure of fundamental structural and metabolic relationships. International Journal of Epidemiology, 51(3), 996–1011. https://doi.org/10.1093/ije/dyab156 https://doi.org/10.1093/ije/dyab156
-
Zhao, S., Hörkkö, S., Savolainen, M. J., Koivukangas, V., Mäkinen, V.-P., Ala-Korpela, M., & Hukkanen, J. (2024). Short-term metabolic changes and their physiological mediators in the Roux-en-Y gastric bypass bariatric surgery. Obesity Surgery, 34(2), 625–634. https://doi.org/10.1007/s11695-023-07042-y https://doi.org/10.1007/s11695-023-07042-y
-
Zhao, S., Ohukainen, P., Kettunen, J., Järvelin, M.-R., Kähönen, M., Lehtimäki, T., Viikari, J., Raitakari, O. T., Mäkinen, V.-P., & Ala-Korpela, M. (2024). Understanding lipidomics associations and the lipoprotein-related caveats in population epidemiology. American Journal of Epidemiology, kwae445. https://doi.org/10.1093/aje/kwae445 https://doi.org/10.1093/aje/kwae445
Kokoelmat
- Avoin saatavuus [38841]