Гликобиология

В самом узком смысле гликобиология — это изучение структуры, биосинтеза и биологии сахаридов ( сахарных цепей или гликанов ), которые широко распространены в природе. ^[1]^[2] Сахара или сахариды являются важными компонентами всех живых существ, и аспекты различных ролей, которые они играют в биологии, исследуются в различных областях медицины, биохимии и биотехнологии.

История

Согласно Оксфордскому словарю английского языка, особый термин «гликобиология» был придуман в 1988 году профессором Рэймондом Дуеком в знак признания объединения традиционных дисциплин химии углеводов и биохимии . ^[3] Это объединение стало результатом гораздо большего понимания клеточной и биологии гликанов молекулярной . предпринял новаторские усилия Однако уже в конце девятнадцатого века Эмиль Фишер по установлению структуры некоторых основных молекул сахара. Каждый год Общество гликобиологии присуждает премию Розалинды Корнфельд за достижения в области гликобиологии. ^[4]

Гликоконъюгаты

Сахара могут быть связаны с другими типами биологических молекул с образованием гликоконъюгатов. Ферментативный процесс гликозилирования создает сахара/сахариды, связанные между собой и с другими молекулами гликозидной связью, тем самым образуя гликаны. Гликопротеины , протеогликаны и гликолипиды являются наиболее распространенными гликоконъюгатами, обнаруженными в клетках млекопитающих. Они обнаруживаются преимущественно на внешней клеточной мембране и в секретируемых жидкостях. Было показано, что гликоконъюгаты играют важную роль во межклеточных взаимодействиях из-за присутствия на поверхности клеток различных гликансвязывающих рецепторов в дополнение к самим гликоконъюгатам. ^[5]^[6] В дополнение к своей функции в сворачивании белка и прикреплении клеток, N-связанные гликаны белка могут модулировать функцию белка, в некоторых случаях действуя как выключатель. ^[7]

гликомика

« Гликомика , аналогично геномике и протеомике , представляет собой систематическое изучение всех гликановых структур данного типа клеток или организма» и является подразделом гликобиологии. ^[8]^[9]

Проблемы изучения структур сахаров

Частично изменчивость, наблюдаемая в структурах сахаридов, объясняется тем, что , которые всегда связаны моносахаридные единицы могут быть связаны друг с другом множеством различных способов, в отличие от аминокислот белков друг с другом или нуклеотидов ДНК стандартным образом. ^[10] Изучение гликановых структур осложняется также отсутствием прямой матрицы для их биосинтеза, в отличие от белков, где их аминокислотная последовательность определяется соответствующим геном . ^[11]

Гликаны являются вторичными генными продуктами и, следовательно, образуются в результате скоординированного действия многих ферментов в субклеточных компартментах клетки. Поскольку структура гликана может зависеть от экспрессии , активности и доступности различных биосинтетических ферментов, невозможно использовать технологию рекомбинантной ДНК для производства больших количеств гликанов для структурных и функциональных исследований, как это происходит с белками.

Современные инструменты и методы прогнозирования структуры гликанов

Передовые аналитические инструменты и программное обеспечение при их совместном использовании могут раскрыть тайну гликановых структур. Современные методы структурной аннотации и анализа гликанов включают жидкостную хроматографию (ЖХ), капиллярный электрофорез (КЭ), масс-спектрометрию (МС), ядерный магнитный резонанс (ЯМР) и массивы лектинов. ^[12]

Одним из наиболее широко используемых методов является масс-спектрометрия , в которой используются три основных блока: ионизатор, анализатор и детектор.

Гликановые массивы, подобные предлагаемым 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.

Мониторинг множественных реакций (MRM)

MRM — это метод, основанный на масс-спектрометрии, который недавно использовался для определения профиля сайт-специфического гликозилирования. 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. ^[7] Этот метод используется для характеристики иммунного гликома. ^[7]

Лекарство

Лекарства, уже имеющиеся на рынке, такие как гепарин , эритропоэтин и несколько препаратов против гриппа, доказали свою эффективность и подчеркивают важность гликанов как нового класса лекарств. Кроме того, поиск новых противораковых препаратов открывает новые возможности в гликобиологии. ^[13] Противораковые препараты с новыми и разнообразными механизмами действия, а также противовоспалительные и противоинфекционные препараты сегодня проходят клинические испытания. Они могут облегчить или дополнить текущие методы лечения. Хотя эти гликаны представляют собой молекулы, которые трудно синтезировать воспроизводимым способом из-за их сложной структуры, эта новая область исследований весьма обнадеживает на будущее.

Кожа

Гликобиология, в которой последние разработки стали возможными благодаря последним технологическим достижениям, помогает обеспечить более конкретное и точное понимание процессов старения кожи.В настоящее время четко установлено, что гликаны являются основными компонентами кожи и играют решающую роль в гомеостазе кожи.

Они играют решающую роль в распознавании молекул и клеток, действуют, в первую очередь, на поверхность клеток, доставляя биологические сообщения. ^[14]
Они играют важную роль в метаболизме клеток: синтезе, пролиферации и дифференцировке.
Они играют роль в структуре и архитектуре ткани.

Гликаны, жизненно важные для правильного функционирования кожи, в процессе старения претерпевают как качественные, так и количественные изменения. ^[15] Нарушаются функции коммуникации и обмена веществ, ухудшается архитектура кожи.

См. также

Ссылки

^ Варки А., Каммингс Р.Д., Эско Дж.Д., Стэнли П., Харт Г.В., Эби М., Монен Д., Киношита Т., Пакер Н.Х., Престегард Дж.Х., Шнаар Р.Л., Сибергер П.Х. (2022). Основы гликобиологии (4-е изд.). Лабораторный пресс Колд-Спринг-Харбор. doi : 10.1101/9781621824213 (неактивен 31 января 2024 г.). ISBN 978-1-621824-21-3 . ПМИД 35536922 . {{cite book}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на январь 2024 г. ( ссылка )
^ Варки А., Каммингс Р., Эско Дж., Фриз Х., Харт Г., Март Дж. (1999). Основы гликобиологии . Лабораторный пресс Колд-Спринг-Харбор. ISBN 0-87969-560-9 .
^ Радемахер Т.В., Парех Р.Б., Двек Р.А. (1988). «Гликобиология». Анну. Преподобный Биохим . 57 (1): 785–838. дои : 10.1146/annurev.bi.57.070188.004033 . ПМИД 3052290 .
^ «Премия Розалинды Корнфельд» . www.гликобиология.org . Проверено 5 ноября 2021 г.
^ Ма БЯ, Миколайчак С.А., Йошида Т, Йошида Р, Кельвин DJ, Очи А (2004). «Функция костимулирующего рецептора Т-клеток CD28 отрицательно регулируется N-связанными углеводами». Биохим. Биофиз. Рез. Коммун . 317 (1): 60–7. дои : 10.1016/j.bbrc.2004.03.012 . ПМИД 15047148 .
^ Такахаши М., Цуда Т., Икеда Ю., Хонкэ К., Танигучи Н. (2004). «Роль N-гликанов в передаче сигналов факторов роста». Гликокондж. Дж . 20 (3): 207–12. дои : 10.1023/B:GLYC.0000024252.63695.5c . ПМИД 15090734 . S2CID 1110879 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с 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 .
^ Лабораторное издательство Колд-Спринг-Харбор. Основы гликобиологии, второе издание
^ Шнаар, Р.Л. (июнь 2016 г.). «Гликобиология упрощенно: разнообразные роли распознавания гликанов при воспалении» . Журнал биологии лейкоцитов . 99 (6): 825–38. дои : 10.1189/jlb.3RI0116-021R . ПМК 4952015 . ПМИД 27004978 .
^ Крюгер, Дж (2001). «Расшифровка гепарансульфата» . Проверено 11 января 2008 г. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Март, Джей Ди (2008). «Единое видение строительных блоков жизни» . Природная клеточная биология . 10 (9): 1015–6. дои : 10.1038/ncb0908-1015 . ПМК 2892900 . ПМИД 18758488 .
^ Айзпуруа-Олайзола, О.; Састре Тораньо, Дж.; Фалькон-Перес, Дж. М.; Уильямс, К.; Райхардт, Н.; Бунс, Г.-Ж. (март 2018 г.). «Масс-спектрометрия для открытия биомаркеров гликанов». TrAC Тенденции в аналитической химии . 100 : 7–14. дои : 10.1016/j.trac.2017.12.015 . hdl : 1874/364403 . ISSN 0165-9936 .
^ Олден К., Бернард Б.А., Хамфрис М. и др. (1985). Функция гликопротеингликанов TIBS . стр. 78–82.
^ Фори, Дж. (декабрь 2008 г.). «Альфа-L-рамноза, распознающая лектиновый участок фибробластов кожи человека, действует как преобразователь сигнала: модуляция потоков Ca2+ и экспрессии генов». Биохимика и биофизика Acta . 1780 (12): 1388–94. дои : 10.1016/j.bbagen.2008.07.008 . ПМИД 18708125 .
^ О, Чан Хи; Ким, Ён Гён; Юнг, Джи-Ён; Шин, Чон Ын; Чунг, Джин Хо (2011). «Изменения гликозаминогликанов и родственных им протеогликанов в естественно стареющей коже человека in vivo». Экспериментальная дерматология . 20 (5): 454–456. дои : 10.1111/j.1600-0625.2011.01258.x . ISSN 1600-0625 . ПМИД 21426414 . S2CID 34434784 .

Внешние ссылки

Поставщик гликоконъюгатов, белки, распознающие гликаны
Функциональный шлюз гликомики . ежемесячно обновляемый веб-ресурс, результат сотрудничества Nature и Консорциума функциональной гликомики.
Семинар Каролин Бертоцци: «Химическая гликобиология»
Эмануал Маверакис; и др. «Гликаны в иммунной системе и теория аутоиммунитета с измененными гликанами» (PDF) .
http://www.healthcanal.com/medical-breakthroughs/22037-UGA-scientists-team-define-first-ever-sequence-biologically-important-carbohydrate.html

[Varki_2008-1] Варки А., Каммингс Р.Д., Эско Дж.Д., Стэнли П., Харт Г.В., Эби М., Монен Д., Киношита Т., Пакер Н.Х., Престегард Дж.Х., Шнаар Р.Л., Сибергер П.Х. (2022). Основы гликобиологии (4-е изд.). Лабораторный пресс Колд-Спринг-Харбор. doi : 10.1101/9781621824213 (неактивен 31 января 2024 г.). ISBN 978-1-621824-21-3 . ПМИД 35536922 . {{cite book}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на январь 2024 г. ( ссылка )

[Varki_1999-2] Варки А., Каммингс Р., Эско Дж., Фриз Х., Харт Г., Март Дж. (1999). Основы гликобиологии . Лабораторный пресс Колд-Спринг-Харбор. ISBN 0-87969-560-9 .

[rademacher-3] Радемахер Т.В., Парех Р.Б., Двек Р.А. (1988). «Гликобиология». Анну. Преподобный Биохим . 57 (1): 785–838. дои : 10.1146/annurev.bi.57.070188.004033 . ПМИД 3052290 .

[4] «Премия Розалинды Корнфельд» . www.гликобиология.org . Проверено 5 ноября 2021 г.

[Ma_2004-5] Ма БЯ, Миколайчак С.А., Йошида Т, Йошида Р, Кельвин DJ, Очи А (2004). «Функция костимулирующего рецептора Т-клеток CD28 отрицательно регулируется N-связанными углеводами». Биохим. Биофиз. Рез. Коммун . 317 (1): 60–7. дои : 10.1016/j.bbrc.2004.03.012 . ПМИД 15047148 .

[Takahashi_2004-6] Такахаши М., Цуда Т., Икеда Ю., Хонкэ К., Танигучи Н. (2004). «Роль N-гликанов в передаче сигналов факторов роста». Гликокондж. Дж . 20 (3): 207–12. дои : 10.1023/B:GLYC.0000024252.63695.5c . ПМИД 15090734 . S2CID 1110879 .

[immune_glycan-7] Jump up to: ^а ^б ^с 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 .

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

[9] Шнаар, Р.Л. (июнь 2016 г.). «Гликобиология упрощенно: разнообразные роли распознавания гликанов при воспалении» . Журнал биологии лейкоцитов . 99 (6): 825–38. дои : 10.1189/jlb.3RI0116-021R . ПМК 4952015 . ПМИД 27004978 .

[kreuger-10] Крюгер, Дж (2001). «Расшифровка гепарансульфата» . Проверено 11 января 2008 г. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[11] Март, Джей Ди (2008). «Единое видение строительных блоков жизни» . Природная клеточная биология . 10 (9): 1015–6. дои : 10.1038/ncb0908-1015 . ПМК 2892900 . ПМИД 18758488 .

[12] Айзпуруа-Олайзола, О.; Састре Тораньо, Дж.; Фалькон-Перес, Дж. М.; Уильямс, К.; Райхардт, Н.; Бунс, Г.-Ж. (март 2018 г.). «Масс-спектрометрия для открытия биомаркеров гликанов». TrAC Тенденции в аналитической химии . 100 : 7–14. дои : 10.1016/j.trac.2017.12.015 . hdl : 1874/364403 . ISSN 0165-9936 .

[olden_k-13] Олден К., Бернард Б.А., Хамфрис М. и др. (1985). Функция гликопротеингликанов TIBS . стр. 78–82.

[Faury-14] Фори, Дж. (декабрь 2008 г.). «Альфа-L-рамноза, распознающая лектиновый участок фибробластов кожи человека, действует как преобразователь сигнала: модуляция потоков Ca2+ и экспрессии генов». Биохимика и биофизика Acta . 1780 (12): 1388–94. дои : 10.1016/j.bbagen.2008.07.008 . ПМИД 18708125 .

[15] О, Чан Хи; Ким, Ён Гён; Юнг, Джи-Ён; Шин, Чон Ын; Чунг, Джин Хо (2011). «Изменения гликозаминогликанов и родственных им протеогликанов в естественно стареющей коже человека in vivo». Экспериментальная дерматология . 20 (5): 454–456. дои : 10.1111/j.1600-0625.2011.01258.x . ISSN 1600-0625 . ПМИД 21426414 . S2CID 34434784 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]