Glykosylering - kortlægning af ukendt territorium

Mens der er gjort et stort indtog i genomik, metabolomics, eller protein- og lipidforskning, glycosylering forbliver stort set uudforsket på proteomskalaen. Der er begrænsede teknologier til profilering af det komplekse glycoproteom. Glycoproteiner kan ikke kun variere med antallet og placeringen af ​​glykositter, men også af sammensætningen og strukturen af ​​hver glycan. Glycoproteomics er "en af ​​de vigtigste grænser for biovidenskab, "siger studieleder Josef Penninger, MD, IMBA direktør.

For at overvinde de tekniske begrænsninger, der har dæmpet feltet, Penningers gruppe udviklede massespektrometri metoder og algoritmer, der endelig muliggør både omfattende identifikation af komplekse sukkerstrukturer og deres kortlægning til steder inden for de tilsvarende proteiner. Deres nye komparative glykoproteomiske platform er offentliggjort i det aktuelle nummer af Natur . Betegnet SukkerQb, for sukker kvantitativ biologi, deres tilgang muliggør global indsigt i proteinglykosylering og glycanmodifikationer i biologiske systemer. De anvendte denne platform til to spændende proof-of-principle undersøgelser - en analyse af embryonale stamcelle glycoproteomer, og identifikation af glycoproteiner, der er nødvendige for ricin-toksicitet.

Ved hjælp af den nye SugarQb -metode, forfatterne etablerede et første udkast til glycoproteomerne af murine og humane embryonale stamceller. Deres resultater fordoblede næsten antallet af alle kendte glycoproteiner i hele litteraturen. De afslørede også flere nye glykosylerede proteiner, herunder evolutionært konserverede såvel som artsspecifikke sukkermodifikationer i murine og humane stamcellepluripotensfaktorer. Mange af de glykosylerede proteiner, de afdækkede, lokaliserer sig til plasmamembranen og er impliceret i celle-til-cellesignalering, celleinteraktioner, samt embryonisk udvikling.

Ricin er et meget giftigt plantetoksin og et biovåben. Smuglingen af ​​ricin giver anledning til bekymring for, at det kan bruges af terrorister og terrororganisationer. Flere amerikanske politikere - herunder præsident Barack Obama - modtog breve med spor af gift. Der er i øjeblikket ingen modgift mod ricin -eksponering - så forskellige grupper, fra farmaceutiske virksomheder til militæret, er interesserede i at identificere terapier til behandling eller forebyggelse af ricin-toksicitet. Penningers gruppe havde netop tidligere opdaget, at mutante celler, der var defekte til fucosylering, en type glykosylering, der tilføjer fucose-sukker, var resistente over for ricin. Imidlertid, de fucosylerede mål, der understøtter ricintoksicitet, var ukendte.

Brug af SugarQb, de første forfattere Jasmin Taubenschmid, Ph.d.-studerende på IMBA, og proteomforsker Johannes Stadlmann, kunne nu opnå glykoproteomer af disse ricinresistente celler:de glykoproteiner, der blev ændret i de mutante celler, kan spille en rolle i deres resistens. Ja, holdet opdagede seks nye spillere, der orkestrerer ricintoksicitet. Tab af et af disse proteiner gjorde humane celler ricinresistente, ligesom de celler, der er defekte til fucosylering. Deres fund tyder på, at fucosylering af disse nye spillere er påkrævet for ricinfølsomhed og giver mange nye terapeutiske mål for opdagelse af lægemidler.

SugarQb er frit tilgængeligt for alle forskere. "Vi håber, at vores platform giver forskerhold over hele verden mulighed for at kortlægge dette ukendte område ved at identificere sukkerstrukturerne og deres positioner på de tilsvarende proteiner, "siger Johannes Stadlmann." Glykosylering spiller en grundlæggende rolle i mange sygdomme, herunder cancer – SugarQb vil give forskere mulighed for at afdække nye mekanismer i biologi og behandlingsstrategier for sygdom. Det kunne også bruges af klinikere til at definere afvigende glykoproteomiske signaturer som biomarkører for sygdom og til at spore reaktioner på terapi, " tilføjer Josef Penninger, sidste forfatter og videnskabelig direktør for IMBA.