Computeranalyse udfylder huller i antistofplanen

Antistoffer forsvarer vores kroppe mod ubudne gæster. Disse molekyler består af proteiner med vedhæftede sukkerarter. Imidlertid, planen, der styrer behandlingen af ​​disse sukkerarter på proteinet, var ikke godt forstået indtil nu. I et papir offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation , videnskabsmænd fra Helmholtz Zentrum München brugte computeranalyse til at færdiggøre denne plan og bekræftede deres resultater i laboratoriet.

Forfatterne undersøgte specifikt IgG-antistoffer. Disse er de mest almindelige antistoffer i blodet og virker især mod vira og bakterier. "De har en karakteristisk Y-form og består hovedsageligt af protein, " forklarer Elisa Benedetti, Ph.d.-studerende ved Institute of Computational Biology (ICB) i Helmholtz Zentrum München. "Imidlertid, under deres produktion, cellen binder forskellige sukkerarter til disse proteinmolekyler, og hvordan dette sker, var indtil nu ikke godt forstået, " fortsætter den første forfatter af undersøgelsen.

At forstå denne proces er af stor interesse for forskere, fordi identiteten af ​​det sukker, der er vedhæftet (i en proces kaldet glykosylering) har en dramatisk indflydelse på antistoffets funktion. Mens et sukkermolekyle kan fremme betændelse ved kontakt med et antigen, en anden kan undertrykke immunresponset.

Brug af computere til at løse et biokemisk problem

"Vanskeligheden ved at studere glykosyleringsplanen ligger, blandt andet, i den komplekse regulering af, hvordan de tilsvarende enzymer virker, " forklarer sidste forfatter Dr. Jan Krumsiek, juniorgruppeleder ved ICB og Junior Fellow ved Münchens Tekniske Universitet. Bioinformatikernes strategi for at løse dette biokemisk vanskelige problem var at tackle det i den digitale verden.

Til denne ende, forskerne analyserede data fra den kroatiske '10001 Dalmatians Biobank." De undersøgte først blodprøver fra næsten 700 forsøgspersoner i alderen mellem 18 og 88 med hensyn til sukkerarterne knyttet til deres IgG-antistoffer. Ved at undersøge korrelationen mellem de målte glykaner og hinanden , forfattere fandt, at de stort set svarede til tidligere kendte trin i den enzymatiske proces med IgG-glykosylering. Ja, på baggrund af data, algoritmen kunne rekonstruere den allerede kendte plan – og videreudvikle den.

"Vi kunne forudsige nye trin i, hvordan sukkerresterne skal bindes til antistofferne, " forklarer Krumsiek. "Ved at bruge tre ekstra kohorter, der omfatter over 2, 500 prøver, vi var i stand til at replikere de statistiske data." Efterfølgende, forskerne kunne underbygge de forudsagte trin ved hjælp af yderligere metoder:for det første, på baggrund af en genom-dækkende associationsundersøgelse med ca. 900 prøver fra den Augsburg-baserede KORA-forskningsplatform, og, desuden, i en række af tre eksperimenter i laboratoriet.

"Vi kunne vise in vitro, at mindst en af ​​vores forudsagte reaktioner er enzymatisk gennemførlig, og vi demonstrerede i cellekultur, at bestemte enzymer, der forudsiges at arbejde sammen i modellen, faktisk co-lokalisere i cellen, det er, de er rumligt meget tæt på hinanden, " siger Krumsiek. "Vores undersøgelse viser, hvordan informationsteknologi og klassisk bænkkemi kan understøtte og forbedre hinanden."