Blokering af sukkerstrukturer på vira og tumorceller

Under en virusinfektion, vira kommer ind i kroppen og formerer sig i dens celler. Virus binder sig ofte specifikt til sukkerstrukturerne i værtscellerne, eller selv har karakteristiske sukkerstrukturer på deres overflade. Forskere ved det tekniske universitet i München (TUM) har udviklet en ny type proteinreagens til at identificere biologiske sukkerstrukturer, som kan blokere spredningen af ​​en sygdom i kroppen, hvis den bruges til at blokere sukkerstrukturerne i en celle eller et patogen.

Laboratoriet ledet af Arne Skerra, professor i biologisk kemi, har sit fokus på at designe kunstige bindende proteiner til terapeutiske anvendelser. Laboratoriets aktuelle forskningsresultater baner vejen for udviklingen af ​​nye typer bindingsproteiner til biologiske sukkerstrukturer, som spiller en væsentlig rolle ved kræft såvel som infektionssygdomme.

Genkender biologiske sukkerstrukturer

"Anerkendelsen af ​​specifikke sukkermolekyler, eller såkaldte kulhydrater, er af vital betydning i mange biologiske processer, " Prof. Skerra forklarer. De fleste celler bærer en markør bestående af sukkerkæder, som er knyttet til ydersiden af ​​cellemembranen eller til membranproteinerne, således at kroppen kan identificere, hvor disse celler hører hjemme, eller om bestemte celler er fremmede. Patogener har også deres egne sukkerstrukturer, eller de kan binde sig til disse.

Proteiner, som udfører en lang række funktioner i celler, har generelt kun lav affinitet til sukkerarter. Dermed, deres molekylære genkendelse udgør en udfordring. Årsagen:vandmolekyler ligner sukkermolekyler, hvilket betyder, at de dybest set er skjult i cellernes vandige miljø. Prof. Skerras forskergruppe satte sig derfor for at designe et kunstigt bindende protein med en særegen kemisk sammensætning, som gør det lettere at binde sig til biologiske sukkerstrukturer.

En borsyregruppe implementeret i et protein som aminosyre

Aminosyrer er byggestenene i proteiner. Som regel, naturen bruger kun 20 aminosyrer i alle levende organismer. "Ved at bruge de muligheder, som syntetisk biologi åbner, vi har brugt en ekstra kunstig aminosyre, " rapporterer forsker Carina A. Sommer.

"Det er lykkedes os at inkorporere en borsyregruppe, som udøver iboende affinitet til sukkermolekyler, ind i aminosyrekæden i et protein. Ved at gøre dette, vi har skabt en helt ny klasse af bindende proteiner til sukkermolekyler, " forklarer Sommer. Denne kunstige sukkerbindende funktion er overlegen i forhold til naturlige bindende proteiner (såkaldte lectiner) både i styrke og med hensyn til mulige sukkerspecificiteter.

"Den sukkerbindende aktivitet af borsyre og dens derivater har været kendt i næsten et århundrede, " siger prof. Skerra. "Det kemiske grundstof bor er almindeligt på jorden og har lav toksicitet, men indtil videre er det stort set forblevet uudforsket af organismer."

"Ved at bruge røntgenkrystallografi, det er lykkedes os at optrevle krystalstrukturen af ​​et modelkompleks af dette kunstige protein, som gjorde det muligt for os at validere vores biomolekylære koncept, " forklarer videnskabsmand Dr. Andreas Eichinger.

Det næste skridt:mod medicinsk anvendelse

Efter cirka fem års grundlæggende videnskabelig forskning, resultaterne fra prof. Skerras laboratorium kan nu anvendes til praktiske medicinske behov. Prof. Skerra påpeger:"Vores resultater skal ikke kun bruges til at understøtte den fremtidige udvikling af nye kulhydratligander i biologisk kemi, men bør også bane vejen for at skabe højaffinitetsmidler til at kontrollere eller blokere medicinsk relevante sukkerstrukturer på celleoverflader."

Et sådant "blokeringsmiddel" kunne bruges til tilstande, hvor stærk cellevækst er tydelig, eller når patogener binder sig til celler, for eksempel inden for onkologi og virologi. Hvis vi har succes med at blokere den sukkerbindende funktion og bremse udviklingen af ​​en sygdom, dette ville give patientens immunsystem tilstrækkelig tid til at mobilisere kroppens naturlige forsvar.