Гликом

Гликом свободных, так представляет собой полный набор всех сахаров и химически связанных в более сложные молекулы организма , как . Альтернативное определение – это совокупность углеводов в клетке . Гликом на самом деле может быть одним из самых сложных объектов в природе . « Гликомика , аналогично геномике и протеомике , представляет собой систематическое изучение всех гликановых структур данного типа клеток или организма» и является подразделом гликобиологии . ^[1]

« Углеводы », « гликан », « сахарид » и « сахар » являются общими терминами, взаимозаменяемыми в этом контексте и включают моносахариды , олигосахариды , полисахариды и производные этих соединений. Углеводы состоят из «гидратированного углерода», т.е. [CH ₂ O]n. Моносахариды — это углеводы, которые не могут быть гидролизованы в более простые углеводы и являются строительными блоками олигосахаридов и полисахаридов. Олигосахариды представляют собой линейные или разветвленные цепи моносахаридов, соединенных друг с другом посредством гликозидных связей. Количество моносахаридных единиц может варьироваться. Полисахариды — это гликаны, состоящие из повторяющихся моносахаридов, обычно длиной более десяти моносахаридных единиц. ^[2]

Гликом превосходит по сложности протеом в результате еще большего разнообразия входящих в него углеводов и еще более усложняется из-за огромного разнообразия возможностей сочетания и взаимодействия углеводов друг с другом и с белками . «Спектр всех гликановых структур — гликома — огромен. У человека его размер на порядки превышает число белков, кодируемых геномом, один процент из которых кодирует белки, которые создают, модифицируют, локализуют или связывают сахарные цепи, известные как гликаны». ^[3]

Внешняя поверхность клетки представляет собой море липидов с множеством молекул сахара, многие из которых прикреплены к белкам, жирам или к тем и другим, которые взаимодействуют с молекулами вне клетки и имеют решающее значение для связи между клетками и липкости клеток. клетка. «Гликаны — это природные биологические модификаторы», — говорит Джейми Март, исследователь Медицинского института Говарда Хьюза при Калифорнийском университете в Сан-Диего . «Гликаны обычно не включают и не выключают физиологические процессы, а скорее изменяют поведение клетки, реагируя на внешние раздражители». ^[4]

Инструменты, используемые для исследования гликома

Ниже приведены примеры обычно используемых методов анализа гликанов: ^[5]

Масс-спектрометрия высокого разрешения (МС) и высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ)

Наиболее часто применяемыми методами являются МС и ВЭЖХ , в которых гликановая часть ферментативно или химически отщепляется от мишени и подвергается анализу. ^[6] В случае гликолипидов их можно анализировать напрямую, без разделения липидного компонента.

N- гликаны гликопротеинов регулярно анализируются с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (обратно-фазовая, нормальная фаза и ионообменная ВЭЖХ) после мечения восстанавливающего конца сахаров флуоресцентным соединением (восстановительное мечение). ^[7]В последние годы было введено большое количество различных меток, в том числе 2-аминобензамид (AB), антраниловая кислота (AA), 2-аминопиридин (PA), 2-аминоакридон (AMAC) и 3-(ацетиламино)-6-аминоакридин. (AA-Ac) — лишь некоторые из них. ^[8]

О- гликаны обычно анализируются без каких-либо меток, поскольку условия химического высвобождения не позволяют их маркировать.

Фракционированные гликаны из приборов высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) можно дополнительно проанализировать с помощью MALDI -TOF-MS(MS) для получения дополнительной информации о структуре и чистоте. Иногда пулы гликанов анализируют непосредственно с помощью масс-спектрометрии без предварительного фракционирования, хотя различение изобарных гликановых структур является более сложным или даже не всегда возможным. В любом случае, прямой анализ MALDI -TOF-MS может привести к быстрой и простой иллюстрации пула гликанов. ^[9]

В последние годы очень популярной стала онлайн-высокоэффективная жидкостная хроматография в сочетании с масс-спектрометрией. Выбрав пористый графитовый углерод в качестве неподвижной фазы для жидкостной хроматографии, можно анализировать даже непроизводные гликаны. Обнаружение здесь осуществляется с помощью масс-спектрометрии, но вместо MALDI ионизация электрораспылением ( ESI ). -MS чаще используется ^[10]^[11]^[12]

Мониторинг множественных реакций (MRM)

Хотя MRM широко используется в метаболомике и протеомике, ее высокая чувствительность и линейный отклик в широком динамическом диапазоне делают ее особенно подходящей для исследований и открытий гликановых биомаркеров. MRM выполняется на приборе тройного квадруполя (QqQ), который настроен на обнаружение заранее определенного иона-предшественника в первом квадруполе, фрагментированного при столкновении квадруполе и заранее определенного фрагментного иона в третьем квадруполе. Это метод без сканирования, в котором каждый переход обнаруживается индивидуально, а обнаружение нескольких переходов происходит одновременно в рабочих циклах. Этот метод используется для характеристики иммунного гликома. ^[13]^[14]

Таблица 1 : Преимущества и недостатки масс-спектрометрии при анализе гликанов

Преимущества	Недостатки
Применимо для небольших объемов пробы (нижний диапазон фмоль) Полезно для сложных смесей гликанов (генерация дальнейшего измерения анализа). Стороны прикрепления можно анализировать с помощью тандемных экспериментов MS (анализ гликанов, специфичных для сторон). Секвенирование гликанов с помощью тандемных экспериментов МС.	Деструктивный метод. Необходимость правильного планирования эксперимента.

Массивы

Массивы лектинов и антител обеспечивают высокопроизводительный скрининг многих образцов, содержащих гликаны. В этом методе используются либо природные лектины , либо искусственные моноклональные антитела , причем оба они иммобилизуются на определенном чипе и инкубируются с образцом флуоресцентного гликопротеина.

Гликановые массивы, подобные предложенным Консорциумом функциональной гликомики и Z Biotech LLC , содержат углеводные соединения, которые можно проверять с помощью лектинов или антител для определения специфичности углеводов и идентификации лигандов.

Метаболическое и ковалентное мечение гликанов

Метаболическое мечение гликанов можно использовать как способ обнаружения гликановых структур. Хорошо известная стратегия предполагает использование меченных азидом сахаров, которые можно вводить в реакцию с помощью лигирования Штаудингера . Этот метод использовался для визуализации гликанов in vitro и in vivo.

Инструменты для гликопротеинов

Рентгеновская кристаллография и спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) для полного структурного анализа сложных гликанов - трудная и сложная область. Однако структура сайта связывания многочисленных лектинов , ферментов и других углеводсвязывающих белков выявила широкое разнообразие структурных основ функции гликомов. Чистота тестируемых образцов была получена с помощью хроматографии ( аффинная хроматография и т. д.) и аналитического электрофореза ( ПААГ (электрофорез полиакриламида) , капиллярный электрофорез , аффинный электрофорез и т. д.).

См. также

Источники и примечания

^ Лабораторное издательство Колд-Спринг-Харбор. Основы гликобиологии, второе издание
^ Основы гликобиологии
^ Фриз, Хадсон Х. (1 июля 2006 г.). «Генетические дефекты гликома человека» . Обзоры природы Генетика . 7 (7): 537–551. дои : 10.1038/nrg1894 . ISSN 1471-0056 . ПМИД 16755287 .
^ Триведи, Биджал П. (14 мая 2001 г.). «Проект гликома – предложение в сахарной глазури» . Сеть новостей генома. Архивировано из оригинала 25 мая 2022 года.
^ Основы гликобиологии (2-е изд.). Лабораторный пресс Колд-Спринг-Харбор. 2009. ISBN 9780879697709 .
^ Вада И., Азади П., Костелло С.Э. и др. (апрель 2007 г.). «Сравнение методов определения профиля гликопротеингликанов — многоинституциональное исследование HUPO Human Disease Glycomics/Proteome Initiative» . Гликобиология . 17 (4): 411–22. дои : 10.1093/гликоб/cwl086 . ПМИД 17223647 .
^ Хасэ С., Икенака Т., Мацусима Ю. (ноябрь 1978 г.). «Анализ структуры олигосахаридов путем мечения редуцирующих концевых сахаров флуоресцентным соединением». Биохим. Биофиз. Рез. Коммун . 85 (1): 257–63. дои : 10.1016/S0006-291X(78)80037-0 . ПМИД 743278 .
^ Пабст М., Коларих Д., Пёлтль Г. и др. (январь 2009 г.). «Сравнение флуоресцентных меток олигосахаридов и внедрение нового метода очистки после мечения». Анальный. Биохим . 384 (2): 263–73. дои : 10.1016/j.ab.2008.09.041 . ПМИД 18940176 .
^ Харви DJ, Бейтман Р.Х., Бордоли Р.С., Тилдесли Р. (2000). «Ионизация и фрагментация сложных гликанов с помощью квадрупольного времяпролетного масс-спектрометра, оснащенного источником ионов с матричной лазерной десорбцией/ионизацией». Быстрая коммуникация. Масс-спектр . 14 (22): 2135–42. Бибкод : 2000RCMS...14.2135H . doi : 10.1002/1097-0231(20001130)14:22<2135::AID-RCM143>3.0.CO;2-# . ПМИД 11114021 .
^ Шульц, БЛ; Пакер Нью-Хэмпшир, Нью-Хэмпшир; Карлссон, Н.Г. (декабрь 2002 г.). «Маломасштабный анализ O-связанных олигосахаридов из гликопротеинов и муцинов, разделенных гель-электрофорезом». Анальный. Хим . 74 (23): 6088–97. дои : 10.1021/ac025890a . ПМИД 12498206 .
^ Пабст М., Бондили Дж.С., Стадлманн Дж., Мах Л., Альтманн Ф. (июль 2007 г.). «Масса + время удерживания = структура: стратегия анализа N-гликанов с помощью углеродной ЖХ-ESI-MS и ее применение к N-гликанам фибрина». Анальный. Хим . 79 (13): 5051–7. дои : 10.1021/ac070363i . ПМИД 17539604 .
^ Рухаак Л.Р., Дилдер А.М., Вурер М. (май 2009 г.). «Анализ олигосахаридов методом жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии на графитированном угле» . Анальная биоанальная химия . 394 (1): 163–74. дои : 10.1007/s00216-009-2664-5 . ПМИД 19247642 .
^ Маверакис Э., Ким К., Шимода М., Гершвин М., Патель Ф., Уилкен Р., Райчаудхури С., Рухаак Л.Р., Лебрилла CB (2015). «Гликаны в иммунной системе и теория аутоиммунитета с измененными гликанами» . Дж. Аутоиммун . 57 (6): 1–13. дои : 10.1016/j.jaut.2014.12.002 . ПМЦ 4340844 . ПМИД 25578468 .
^ Цветы, Сара А.; Али, Лиакат; Лейн, Кэтрин С.; Олин, Магнус; Карлссон, Никлас Г. (01 апреля 2013 г.). «Мониторинг выбранных реакций для дифференциации и сравнительного количественного определения изомеров сульфатированных и несульфатированных основных 1 O-гликанов белка MUC7 слюны при ревматоидном артрите» . Молекулярная и клеточная протеомика . 12 (4): 921–931. дои : 10.1074/mcp.M113.028878 . ISSN 1535-9484 . ПМЦ 3617339 . ПМИД 23457413 .

Дальнейшее чтение

Bio-IT World - периодическое издание, посвященное гликомике.
Хирабаяши Дж., Арата Ю., Касаи К. (февраль 2001 г.). «Проект Glycome: концепция, стратегия и предварительное применение к Caenorhabditis elegans ». Протеомика . 1 (2): 295–303. doi : 10.1002/1615-9861(200102)1:2<295::AID-PROT295>3.0.CO;2-C . ПМИД 11680876 . S2CID 42203562 . (Предложение основать проект гликома на Caenorhabditis elegans , микроскопическом черве, весь геном которого уже секвенирован)
«ГликоЧип»
Семинар Каролин Бертоцци: «Химическая гликобиология»

Внешние ссылки

«Проект человеческого гликома» .

[1] Лабораторное издательство Колд-Спринг-Харбор. Основы гликобиологии, второе издание

[2] Основы гликобиологии

[3] Фриз, Хадсон Х. (1 июля 2006 г.). «Генетические дефекты гликома человека» . Обзоры природы Генетика . 7 (7): 537–551. дои : 10.1038/nrg1894 . ISSN 1471-0056 . ПМИД 16755287 .

[4] Триведи, Биджал П. (14 мая 2001 г.). «Проект гликома – предложение в сахарной глазури» . Сеть новостей генома. Архивировано из оригинала 25 мая 2022 года.

[Cold_Spring_Harbor_Laboratory_Press-5] Основы гликобиологии (2-е изд.). Лабораторный пресс Колд-Спринг-Харбор. 2009. ISBN 9780879697709 .

[6] Вада И., Азади П., Костелло С.Э. и др. (апрель 2007 г.). «Сравнение методов определения профиля гликопротеингликанов — многоинституциональное исследование HUPO Human Disease Glycomics/Proteome Initiative» . Гликобиология . 17 (4): 411–22. дои : 10.1093/гликоб/cwl086 . ПМИД 17223647 .

[7] Хасэ С., Икенака Т., Мацусима Ю. (ноябрь 1978 г.). «Анализ структуры олигосахаридов путем мечения редуцирующих концевых сахаров флуоресцентным соединением». Биохим. Биофиз. Рез. Коммун . 85 (1): 257–63. дои : 10.1016/S0006-291X(78)80037-0 . ПМИД 743278 .

[8] Пабст М., Коларих Д., Пёлтль Г. и др. (январь 2009 г.). «Сравнение флуоресцентных меток олигосахаридов и внедрение нового метода очистки после мечения». Анальный. Биохим . 384 (2): 263–73. дои : 10.1016/j.ab.2008.09.041 . ПМИД 18940176 .

[9] Харви DJ, Бейтман Р.Х., Бордоли Р.С., Тилдесли Р. (2000). «Ионизация и фрагментация сложных гликанов с помощью квадрупольного времяпролетного масс-спектрометра, оснащенного источником ионов с матричной лазерной десорбцией/ионизацией». Быстрая коммуникация. Масс-спектр . 14 (22): 2135–42. Бибкод : 2000RCMS...14.2135H . doi : 10.1002/1097-0231(20001130)14:22<2135::AID-RCM143>3.0.CO;2-# . ПМИД 11114021 .

[10] Шульц, БЛ; Пакер Нью-Хэмпшир, Нью-Хэмпшир; Карлссон, Н.Г. (декабрь 2002 г.). «Маломасштабный анализ O-связанных олигосахаридов из гликопротеинов и муцинов, разделенных гель-электрофорезом». Анальный. Хим . 74 (23): 6088–97. дои : 10.1021/ac025890a . ПМИД 12498206 .

[11] Пабст М., Бондили Дж.С., Стадлманн Дж., Мах Л., Альтманн Ф. (июль 2007 г.). «Масса + время удерживания = структура: стратегия анализа N-гликанов с помощью углеродной ЖХ-ESI-MS и ее применение к N-гликанам фибрина». Анальный. Хим . 79 (13): 5051–7. дои : 10.1021/ac070363i . ПМИД 17539604 .

[12] Рухаак Л.Р., Дилдер А.М., Вурер М. (май 2009 г.). «Анализ олигосахаридов методом жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии на графитированном угле» . Анальная биоанальная химия . 394 (1): 163–74. дои : 10.1007/s00216-009-2664-5 . ПМИД 19247642 .

[immune_glycan-13] Маверакис Э., Ким К., Шимода М., Гершвин М., Патель Ф., Уилкен Р., Райчаудхури С., Рухаак Л.Р., Лебрилла CB (2015). «Гликаны в иммунной системе и теория аутоиммунитета с измененными гликанами» . Дж. Аутоиммун . 57 (6): 1–13. дои : 10.1016/j.jaut.2014.12.002 . ПМЦ 4340844 . ПМИД 25578468 .

[14] Цветы, Сара А.; Али, Лиакат; Лейн, Кэтрин С.; Олин, Магнус; Карлссон, Никлас Г. (01 апреля 2013 г.). «Мониторинг выбранных реакций для дифференциации и сравнительного количественного определения изомеров сульфатированных и несульфатированных основных 1 O-гликанов белка MUC7 слюны при ревматоидном артрите» . Молекулярная и клеточная протеомика . 12 (4): 921–931. дои : 10.1074/mcp.M113.028878 . ISSN 1535-9484 . ПМЦ 3617339 . ПМИД 23457413 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]