Mi az emberi Glycome? Hogyan nyitotta meg a tudósok a cukorkódot

Amikor a cukorra gondol, valószínűleg az édes, fehér, kristályos asztali cukorra gondol, amit sütik készítésére vagy a kávé édesítésére. De tudtad, hogy testünkön belül az egyszerű cukormolekulák összekapcsolhatók, hogy olyan erőteljes struktúrákat hozzanak létre, amelyek a közelmúltban az egészségügyi problémákkal, köztük a rákkal, az öregedéssel és az autoimmun betegségekkel kapcsolatosak.

Ezeket a hosszú cukorláncokat, amelyek mindegyik sejtünket lefedik, glükánoknak nevezik, és az Országos Tudományos Akadémia szerint helyük és szerkezetük térképének megalkotása új korszakba vezet a modern orvostudományba. Ennek oka az, hogy az emberi glikizátum - a testünkben található összes cukorgyűjtemény - még felfedezett glikánokat tartalmaz, amelyek segíthetnek az orvosoknak betegeik diagnosztizálásában és kezelésében.

A Human Genome Project 2003-as befejezésének köszönhetően szerzett globális figyelemnek köszönhetően a legtöbb ember hallott a DNS-ről, a genomikáról és a proteomikáról - a fehérjék tanulmányozásáról. De a glikánok tanulmányozása, más néven glikomika, körülbelül 20 évvel a többi terület mögött van. Ennek az az oka, hogy a tudósok nem dolgoztak ki olyan eszközöket, amelyek segítségével gyorsan azonosíthatók a glikán struktúrák és azok kapcsolódási helyei az emberek sejtjein. A „cukorbevonat” valamilyen rejtély volt.

Eddig ez az.

Míg a legtöbb laboratórium a celluláris vagy molekuláris kutatásra összpontosít, laboratóriumunk célja a glikánszerkezetek és azok kapcsolódási helyeinek gyors jellemzésére szolgáló technológia kifejlesztése. Végső célunk, hogy több százezer cukrot és helyüket különféle sejttípusokon katalizáljuk, majd ezt az információt használjuk az orvosi terápiák személyre szabására.

Lehet, hogy tetszik ez a videó is fordítottja:

Miért törődünk a glikánokkal?

A jövőben valószínű, hogy az egyén glükánjainak elemzését arra használjuk fel, hogy megjósoljuk kockázatunkat a rheumatoid arthritis, a rák, vagy akár az élelmiszer-allergia kialakulásának. Ez azért van, mert a glycome változások specifikusan kapcsolódhatnak bizonyos betegségállapotokhoz. A biológiai folyamatok, mint például az öregedés, a gyulladáshoz kötődnek a glükinánkban. Meg kell vizsgálni, hogy a változások visszafordítása segít-e megelőzni a betegségeket, vagy akár lassú öregedést is.

A DNS, a fehérjék és a zsírok mellett a glikánok az élethez nélkülözhetetlen négy fő makromolekula egyike. E négy közül a glikánok a végső döntője annak, hogy a sejtjeink hogyan viselkednek.

A DNS megrendezi azt, amit nézünk, képesek vagyunk gondolkodni és viselkedni, sőt meghatározzuk azokat a betegségeket, amelyekre a leginkább fogékonyak. DNS-en belül rövid szegmensek, gének, amelyek gyakran tartalmazzák a fehérjék szintetizálására vonatkozó utasításokat. A fehérjék viszont a sejt „munkás ló”, és számos, az élethez szükséges funkciót hajtanak végre.

Azonban, hogy egy fehérje hogyan viselkedik, gyakran attól függ, hogy milyen glükánok kapcsolódnak hozzá. Más szóval ezek a cukormolekulák nagymértékben befolyásolhatják fehérjeink munkáját, és azt is, hogy a sejtjeink hogyan reagálnak az ingerekre. Ha például egy cella külső részén néhány glikánt megváltoztat, előfordulhat, hogy a cellát egy másik helyre helyezi át a testünkben.

A glikánok fő feladata a sejtek felületén ülő fehérjék és zsírok módosítása. Együtt egy vastag cukorbevonatot hoznak létre a sejt körül. Ha a sejt felszínét talajnak tartjuk, akkor a glükánok a csodálatosan változatos növényi élet és lombozat, amely felemelkedik és színt és identitást hoz létre a sejthez. Valójában, ha képes volt látni egy cellát meztelen szemmel, nagyon fuzzy lenne. Képzelj el egy őszibarackot 10-szer több fuzzdal.

Glykánok Címkézze meg saját sejtjeinket, és azonosítsa őket „én” -ként

A sejtek körüli fuzz a glikánszőrzet. A sejtek külső oldalán kívül a glikánok a legtöbb sejtkapcsolat első érintkezési pontja, és így befolyásolják a sejtek egymással való kommunikációját. A glikánokat egyedülálló cellás „vonalkódként” is gondolhatja. Így a vesesejt fuzzja eltér az immunsejt fuzzjától. De vannak hasonlóságok is. Tény, hogy az immunsejtek, amelyek testünket vizsgálják kórokozók keresésére, tudják, hogy nem támadják meg saját „saját” sejtjeinket a glikán „vonalkódja” közös jellemzői miatt, amelyeket testünk minden sejtje megoszt.

Ezzel ellentétben a baktériumok és paraziták, mint a malária, különböző „cukorköpenyekkel” rendelkeznek, amelyeket az emberi sejtek nem látnak. Amikor a bakteriális cukrokat „idegennek” jelöljük, az egyén immunrendszere a baktériumot a megsemmisítés céljára irányítja. Azonban néhány olyan káros baktérium patogén, mint a B csoportba tartozó streptococcus, amely általában súlyos fertőzést okoz a csecsemőkben, az emberi sejtek megfertőzésével elkerülheti az immun kimutatását, mivel hasonló glikánokat hordoz, mint a báránybőrbe öltözött farkas.

Sajnos néhány kórokozó is használhatja a glikánjainkat, hogy segítsen nekik betegséget okozni. A halálos vírusok, mint a HIV és az Ebola, fejlődtek ki, hogy megragadják a specifikus glikánokat, amelyeket „lezárnak”, amikor megfertőzik emberi sejtjeinket. Azok a terápiák, amelyek blokkolják ezeket a vírusokat a glikánokkal való kölcsönhatásról, vagy amelyek vírusspecifikus glikánokat támadnak meg, új utat jelenthetnek ezeknek a fertőzéseknek a kezelésében.

Az új kutatások azt is kimutatták, hogy a glikánok hatalmas szerepet játszanak az autoimmun betegségek, például a reumatoid arthritis és az autoimmun pancreatitis kialakulásában. Ez nem meglepő, mivel a glikánok közvetlenül befolyásolják az immunsejtek működését.

Az immunsejtek általában testünk védelmi rendszerének tekinthetők, és azonosítják és elpusztítják a külföldi behatolókat, mint a káros baktériumok vagy vírusok. De amikor a test hibásan címkézi saját sejtjeinket ellenségként, és belső támadást indít magára, az autoimmunitás megszületik. Érdekes, hogy az ilyen esetekben a glikánok jelen vannak a rosszul viselkedő ön támadó antitesteken, amelyek a testre gyakorolt ​​támadás erejét diktálják. Ez az abnormális immunválasz akár a glikánokra is irányulhat. Például az immunrendszer tévedhet az „én” glikánokban, mintha „idegen” molekulák lennének. Kutatócsoportunk nemrégiben megjelent egy cikket, amely bemutatta az autoimmunitás glikánelméletét, amely magyarázza ezeket a kapcsolatokat.

Glycánok az élelmiszerünkben képesek az immunválaszokat kiváltani

Sok tanulmány készült, amelyek összekapcsolják a vöröshús fogyasztását az olyan betegségekkel, mint az atherosclerosis és a cukorbetegség, de nem tudták megmutatni, hogy miért, vagy hogy ez miért következik be a közelmúltig. Az egyik érdekes tanulmány azt sugallja, hogy a bűnös cukor volt a nehézkes névvel, a nem humán sialikus N-glikolilneuraminsavval vagy a Neu5Gc-vel. A Neu5Gc-t minden emlősnél, kivéve az embereket találjuk, mert a korai emberek, akik a Neu5Gc-t egy ősi maláriaparazitában halták meg.

Azonban, noha most már hiányzik a képessége, hogy Neu5Gc-t állítsunk elő, testünk még mindig képes arra, hogy a sejtjeink glükánjaiba beépítse azt, ha azt vörös húst eszik. Miután a sejtek glikánrétegének részévé válik, sejtjeinknek „idegen” anyaguk van - Neu5Gc -, amely körülveszi őket. Ez az egész szervezetben gyulladást okozhat, mivel az immunrendszerünk „Neu5Gc” -et „idegennek” ismeri fel és támadja meg. A belső támadások okozta krónikus gyulladás szívrohamhoz, stroke-hoz és akár rákhoz vezethet.

Testünk tízezer egyedülálló glikán szintetizál, gyakran az egyszerű cukor építőelemekből kialakított elágazó szerkezetekkel. A fehérjék vagy zsírok is módosíthatók több tucat egyedi glikánnal. Ezek a számtalan kombináció a glikánok feltérképezését nehéz feladatnak tekinti, mert gyakorlati és hatékony módra van szükségünk több százezer glikánminták elemzéséhez.

Kutatócsoportunk mostanra kidolgozta az emberi glükóz gyors és robusztus monitorozására szolgáló módszereket. A mérnöki fejlesztések és a mintafeldolgozás fejlesztéseinek felhasználásával technikánk egyszerre képes nyomon követni több ezer glikánt, ami lehetővé teszi számunkra, hogy az egészséges kontrollokból származó sejteket és a különböző betegségekben szenvedő betegeket jellemezzük. Célunk, hogy ezeket az adatokat prediktív modellek kifejlesztésére használjuk, hogy segítsük a klinikusokat minden emberi betegség diagnosztizálásában és kezelésében. Hiszünk abban, hogy egy új orvosi előrelépési hullám érkezik, amikor kinyitjuk a „cukor kódot”.

Jenny Wang volt ennek a cikknek az egyik vezető szerzője.

Ezt a cikket eredetileg az Emanual Maverakis, Carlito Lebrilla és Jenny Wang The Conversation című kiadványában tették közzé. Olvassa el az eredeti cikket itt.