At kaste nyt lys over sukkerarter, det mørke stof i cellulær biologi

Forskere ved Université de Montréals afdeling for kemi har udviklet en ny fluorogen sonde, der kan bruges til at detektere og studere interaktioner mellem to familier af biomolekyler, der er essentielle for livet:sukkerarter og proteiner.

Resultaterne af professor Samy Cecioni og hans studerende, som åbner døren til en bred vifte af applikationer, blev offentliggjort i midten af ​​oktober i Angewandte Chemie International Edition .

Fundet i alle levende celler

Sukker er allestedsnærværende i vores liv, til stede i næsten alle de fødevarer, vi spiser. Men vigtigheden af ​​disse simple kulhydrater rækker langt ud over velsmagende desserter. Sukker er afgørende for stort set alle biologiske processer i levende organismer, og der er en stor mangfoldighed af naturligt forekommende sukkermolekyler.

"Alle de celler, der udgør levende organismer, er dækket af et lag af sukkerbaserede molekyler kendt som glykaner," sagde Cecioni. "Sukker er derfor i frontlinjen af ​​næsten alle fysiologiske processer og spiller en grundlæggende rolle i at opretholde sundhed og forebygge sygdom."

"I lang tid," tilføjede han, "troede forskere, at de komplekse sukkerarter, der findes på overfladen af ​​celler, simpelthen var dekorative. Men vi ved nu, at disse sukkerarter interagerer med mange andre typer molekyler, især med lectiner, en stor familie af proteiner."

Køresygdom, fra influenza til kræft

Ligesom sukkerarter findes lektiner i alle levende organismer. Disse proteiner har den unikke evne til at genkende og midlertidigt binde sig til sukkerarter. Sådanne interaktioner forekommer i mange biologiske processer, såsom under immunresponset udløst af en infektion.

Lectiner tiltrækker sig meget opmærksomhed i disse dage. Dette skyldes, at videnskabsmænd har opdaget, at fænomenet lektiner "klæber" til sukkerarter spiller en nøglerolle i forekomsten af ​​adskillige sygdomme.

"Jo mere vi studerer interaktionerne mellem sukkerarter og lektiner, jo mere indser vi, hvor vigtige de er i sygdomsprocesser," sagde Cecioni. "Undersøgelser har vist, hvordan sådanne interaktioner er involveret i bakterier, der koloniserer vores lunger, vira, der invaderer vores celler, selv kræftceller, der narrer vores immunsystem til at tro, at de er sunde celler."

Der mangler stadig mange brikker i puslespillet om, hvordan interaktioner mellem sukkerarter og lektiner udspiller sig, fordi de er så svære at studere. Dette skyldes, at disse interaktioner er forbigående og svage, hvilket gør detektion til en reel udfordring.

To af Cecionis studerende, kandidat Cécile Bousch og ph.d. kandidat Brandon Vreulz, havde ideen om at bruge lys til at detektere disse interaktioner. De tre forskere gik i gang med at skabe en slags kemisk sonde, der er i stand til at "fryse" mødet mellem sukker og lektin og gøre det synligt gennem fluorescens.

Samspillet mellem sukker og lektin kan beskrives ved hjælp af et "lås og nøgle"-forhold, hvor "nøglen" er sukkeret og "låsen" er lektinet. Kemikere har allerede skabt molekyler, der er i stand til at blokere denne lås-og-nøgle-interaktion, og kan nu identificere præcis, hvilke sukkerarter der binder til lectiner af stor interesse for menneskers sundhed.

"Vores idé var at mærke sukkermolekyler med en kromofor, et kemikalie, der giver et molekyle dets farve," forklarede Cecioni. "Kromophoren er faktisk fluorogen, hvilket betyder, at den kan blive fluorescerende, hvis bindingen af ​​sukker med lektinet opfanges effektivt. Forskere kan derefter studere de mekanismer, der ligger til grund for disse interaktioner, og de forstyrrelser, der kan opstå."

Cecioni og hans elever er sikre på, at deres teknik kan bruges med andre typer molekyler. Det kan endda være muligt at kontrollere farven på nye fluorescensmærkede prober, der skabes.

Ved at gøre det muligt at visualisere interaktioner mellem molekyler giver denne opdagelse forskere et værdifuldt nyt værktøj til at studere biologiske interaktioner, hvoraf mange er kritiske for menneskers sundhed.

Flere oplysninger: Cécile Bousch et al., Fluorogen Photo-Crosslinking of Glycan-Binding Protein Recognition Using a Fluorinated Azido-Coumarin Fucoside, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202314248

Journaloplysninger: Angewandte Chemie International Edition

Leveret af University of Montreal