Informatie

D3. Glycobiologie en Glycomics - Biologie


Ons begrip van de synthese en structuur van glycaandelen van glycoproteïnen is achtergebleven bij ons begrip van de structuur en synthese van eiwitten en nucleïnezuren. Verschillende redenen zijn hiervoor verantwoordelijk:

  • koolhydraten zijn veel complexer met meer functionele groepen per koolstof en met een veel groter aantal stereocentra, waardoor chemische synthese en structuurbepaling moeilijker worden.
  • synthese van koolhydraatketens wordt niet geleid door een sjabloon zoals de synthese van DNA, RNA en eiwitten
  • synthese is verspreid over twee verschillende organellen, wat een grote heterogeniteit in de synthese van de hoofdketen en de vertakkingsketen mogelijk maakt, wat heterogene monsters voor analyse oplevert

Nieuwe technieken voor analyse en synthese van koolhydraatanalogen en remmers van enzymen die betrokken zijn bij CHO-synthese en -afbraak, evenals bij genetische manipulatie van genen voor deze enzymen, brengen een revolutie teweeg in ons begrip van de functie van koolhydraatgroepen op lipiden en eiwitten. Op een meer praktische manier zijn er nieuwe methoden ontwikkeld om glycoproteïnen te synthetiseren met behulp van recombinant-DNA-technologie die de synthese van therapeutische menselijke glycoproteïnen in gist mogelijk maken. Hoewel ze veel van dezelfde synthetische stappen delen, zijn gistglycoproteïnen verrijkt met het hoge mannose-type, waardoor ze doelwitten zijn van het menselijke immuunsysteem. De synthese van menselijke en gistglycoproteïnen produceert dezelfde mannose-kern in het ER (zoals geïllustreerd in de bovenstaande animatie). Er treden echter verschillen in synthese op in de Golgi. Humane Golgi bevatten a-mannosidasen I en II, die alle Man-residuen op 3 na uit het eindproduct verwijderen. In gist lijken deze mannosidasen echter te ontbreken, zodat er meer Man-residuen worden toegevoegd (maar liefst 100). Menselijke eiwitten gemaakt in gist bevatten daarom veel Man-residuen, die worden herkend door het menselijke immuunsysteem. Dus pak deze problemen aan, Hamilton et al produceerden mutanten van de gist Pichia pastoris die glycoproteïnesynthese-eiwitten voor mannosidase I en II, evenals andere menselijke glycoproteïnesynthesegenen, lokaliseerden naar de juiste intracellulaire locatie terwijl het normale gistgen werd geïnactiveerd, wat resulteert in de productie van menselijke glycoproteïnen met de juiste CHO-structuur in gist. Dit kan wijdverbreid gebruik blijken te hebben bij de productie van therapeutische menselijke eiwitten.

May et al voerden experimenten uit om het mechanisme te bepalen waarmee enzymen koolhydraatpolymeren van een bepaalde lengte kunnen synthetiseren zonder een sjabloon (zoals bij DNA-, RNA- en eiwitsynthese). In hun experimenten gebruikten ze GlfT2, een galactofuranosyltransferase die de vorming van galactan katalyseert, een polymeer van 20-40 galactofuranose (Gal f)-residuen dat een integraal onderdeel is van de celwand in mycobacteriën. Ze keken eerst of het enzym dat kon lengte zelf regelen. Om dit te doen, gebruikten ze alleen de GlfT2 en de suiker met een synthetische lipidebasis die de natuurlijke verving. Het experiment toonde aan dat de GlfT2 zelf galactan van lengte met een piek van 27 monomeren kon maken. Vervolgens wilden ze weten of GlfT2 een procesmatig proces gebruikte (wanneer de transferase het groeiende glycan afgeeft na vele ronden van monomeertoevoeging) of een distributieproces (wanneer het transferase het groeiende glycan afgeeft na elke monomeertoevoeging). Om dit te doen, voegden ze een reagens toe dat verhinderde dat het GlfT2 na vrijgave opnieuw aan een groeiend polymeer bindt. Onder deze omstandigheden was de enige manier waarop het transferase een groot polymeer kon maken, het nooit vrij te geven. Het enzym vormde nog steeds lange polymeren, wat suggereert dat GlfT2 een processief proces gebruikte. Maar hoe kan een enzym met behulp van een processief proces een polymeer maken met specifieke aantallen monomeren?

Het enzym voegt een monomeer Gal f toe dat wordt geactiveerd voor overdracht door de toevoeging van een klein molecuul, UDP (vergelijkbaar met ADP). De Gal f wordt overgebracht naar het groeiende glycaan dat aan één uiteinde zeer lange lipiden heeft als onderdeel van zijn normale syntheseroute. Ze hechtten lipiden van verschillende lengte aan het eerste monomeer. Ze ontdekten dat als het lipide te klein was, het enzym een ​​distributieproces zou gebruiken en hoe langer het lipide, hoe langer het koolhydraat. Dit geeft aan dat er een allosterische lipidenbindingsplaats op het enzym is, die helpt het polymeer vast te houden terwijl het enzym eraan werkt. Het lipide, in feite een substraatketting, zou effectief de schijnbare Kd (en misschien Km) van het groeiende glycaan voor het enzym verlagen. Het koolhydraat zal vrijkomen uit het enzym en stoppen met groeien wanneer de dissociatiesnelheid groter wordt dan de verlengingssnelheid. Dit betekent dat hoe sterker de binding tussen het enzym en het lipide, hoe langer het koolhydraatpolymeer. De manier om de sterkte van de lipide-enzyminteractie te vergroten, is door de lengte van het lipide te vergroten, zodat de lengte van het polymeer evenredig is met de lengte van het lipide. Vandaar dat de lengte van het lipide dat als verankering voor het groeiende polymeer fungeert, de lengte van het koolhydraat bepaalt, en verklaart hoe er controle kan zijn op de koolhydraatpolymerisatie zonder dat een sjabloon nodig is.


D3. Glycobiologie en Glycomics - Biologie

Glycobiologie is snel in opkomst als een primair interessegebied voor biomoleculair en biomedisch onderzoek over de hele wereld. Eens beschouwd als louter ondersteunende structuren, wordt nu algemeen erkend dat suikers een essentieel onderdeel zijn bij het besturen van de complexe machinerie van het leven zelf.

De modewoorden van vandaag zijn LC-Q ion-trap, hybride quadrapole time-of-flight massaspectrometer, ID PFG uitgeruste NMR-spectrometers, TOF/TOF, Qq-FTMS en informaticabronnen zoals CCSD, KEGG - encyclopedie van metabolisme en paden, SimGlycan® - high-throughput fragment vingerafdruk programma, en structuur voorspellende tools zoals GlycoMod, GlycoFragment etc.

Dus waar gaat glycobiologie over? Het omvat de studie van alles wat te maken heeft met de structuur, biosynthese en biologie van suikers en sacchariden, gebaseerd op eenvoudige organische chemie, moleculaire en cellulaire biologie, enzymologie en aanverwante domeinen. Suikers controleren en beïnvloeden bijna elk aspect van de cellulaire processen, variërend van cel-celinteracties, energietussenproducten, adhesiemechanismen, groeifactorsignalering, bloedstolling, receptorbinding, regulering van de activiteit van hormonen in het bloed, sturing van embryonale ontwikkeling en dienen van structurele rollen. In dit nieuwe licht wordt de rol van suikers heroverwogen met een nieuwe ijver om de werking van de ingewikkelde processen van het leven te begrijpen.


CRISPR/Cas9 en glycomics-tools voor: Toxoplasma glycobiologie

Infectie met de protozoaire parasiet Toxoplasma gondii is een groot gezondheidsrisico als gevolg van geboorteafwijkingen, de chronische aard ervan, het vermogen om opnieuw te activeren om blindheid en encefalitis te veroorzaken, en de hoge prevalentie bij menselijke populaties. In tegenstelling tot de meeste eukaryoten, Toxoplasma plant zich voort in intracellulaire parasitofore vacuolen, maar net als bijna alle andere eukaryoten, Toxoplasma glycosyleert veel cellulaire eiwitten en lipiden en assembleert polysachariden. Toxoplasma glycanen lijken op die van andere eukaryoten, maar soortspecifieke variaties hebben dieper onderzoek naar hun rol in de biologie en virulentie van parasieten verboden. De Toxoplasma genoom codeert voor een reeks waarschijnlijke glycogenen die naar verwachting zullen assembleren N-glycanen, O-glycanen, a C-glycaan, GPI-ankers en polysachariden, samen met hun voorlopers en membraantransporteurs. Om de rol van specifieke glycanen te onderzoeken in Toxoplasma, hier hebben we genetische en glycomic-benaderingen gekoppeld om de verbindingen tussen 67 glycogenen, hun enzymproducten, de glycanen waaraan ze bijdragen, en cellulaire functies in kaart te brengen. We hebben een dubbele CRISPR/Cas9-strategie toegepast, waarbij twee gids-RNA's de vervanging van een kandidaat-gen bevorderen door een resistentiegen, aangepast aan MS-gebaseerde glycomics-workflows om te testen op effecten op glycaanvorming en geïnfecteerde fibroblastmonolagen om cellulaire effecten te beoordelen. Door 17 glycogenen te bewerken, ontdekten we nieuwe Glc0-2-Man6-GlcNAc2-type N-glycanen, een nieuw HexNAc-GalNAc-mucine-type O-glycaan en Tn-antigeen identificeerden de glycosyltransferasen voor het samenstellen van nieuwe nucleaire O-Fuc-type en celoppervlak Glc-Fuc-type O-glycanen en toonden aan dat ze belangrijk zijn voor in vitro groei. De gidssequenties, bewerkingsconstructies en mutante stammen zijn vrij beschikbaar voor onderzoekers om de rol van glycanen in hun favoriete biologische processen te onderzoeken.

trefwoorden: CRISPR/Cas Toxoplasma gondii glycaan glycobiologie glycogeen glycomics glycosyltransferase massaspectrometrie (MS) parasitologie eiwit glycosylering.

Belangenconflict verklaring

De auteurs verklaren dat ze geen belangenconflicten hebben met de inhoud van dit artikel


D3. Glycobiologie en Glycomics - Biologie


1880 - Monosachariden voor het eerst geïdentificeerd.

1952 - Verse Aloë-gel geneest stralingsbrandwonden bij konijnen.

1970 - 500 artikelen over glycobiologie gepubliceerd.

1976 - Acht essentiële suikers geïdentificeerd in glycoproteïnen en glycolipiden.

1980 - 1500 artikelen over glycobiologie gepubliceerd.

1990 - 4000 artikelen over glycobiologie gepubliceerd.

1990 - Rol van koolhydraten die betrokken zijn bij intercellulaire communicatie en
immuunfunctie beschreven in BioTechnology Vol 8.

1995 - Celoppervlaksuikers zijn nodig voor een normaal immuunsysteem
functie.

1996 - Harper's Biochemistry, Murray et al.: hoofdstuk over glycoproteïnen
richt zich op de 8 noodzakelijke suikers die worden gebruikt in glycoproteïnen en
glycolipiden voor cellulaire communicatie.

1998 - Acta Anatomica speciaal maartnummer over glycowetenschap meldt de
informatie-inhoud van biologische suikercombinaties overtreft de
DNA-code.

1998 - Bevinding dat galactose en mannose "essentiële" suikers zijn, niet
gesynthetiseerd uit glucose.

1999 - Winnaar van de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde was voor de
ontdekking dat (glyco)eiwitten intrinsieke signalen hebben die de
hun transport en lokalisatie in de cel.

2000 - 8000 artikelen over glycobiologie gepubliceerd.

2001 - Science-nummer van 23 maart bevat "Koolhydraten en
glycobiology" beoordeelt structureel en functioneel gebruik van 8 kritische
suikers in de cellulaire fysiologie.

2001 - NIH verleent consortium $34 miljoen om cel-celcommunicatie te bestuderen
interacties.

2002 - Scientific American: juli "Sweet Medicine: Building Better Drugs"
van Suikers."

2002 - New Scientist Archive: Oktoberverhaal beschrijft glycobiologie als de
toekomst van immunologie, neurologie, ontwikkelingsbiologie en
ziekte onderzoek.

2003 - MIT Technology Review: februari: "Glycomics" geïdentificeerd als
"Een van de 10 opkomende technologieën die de wereld zullen veranderen."

2004 - DVD - Productie van glyconutriënten en stamcellen door H. Reginald
McDaniel, MD

2004 – DVD met glyconutriënten en stamcelproductie door H. Reginald
McDaniel, MD

2004 – Geaccrediteerd en gecertificeerd door de University of Miami School of Medicine,
Afdeling Complementaire Geneeskunde, november.

2006 – ONTDEK, november/december 2006, deel 2, nr. 6, “Glyconutriënten:
De staat van de wetenschap en de impact van Glycomics”, door Victor
Sierpina, MD en Robert Murray, MD, PhD. Medisch doorgaan
Onderwijs (CME) aangewezen door de Universiteit van Minnesota.

2007 – april. Medline – PubMed.gov heeft meer dan 425.000 artikelen die verwijzen naar:
"glycoproteïne"

Cel-naar-cel communicatie ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​
Mobiele communicatie is letterlijk het belangrijkste concept in voeding, en wanneer we dit communicatieproces ondersteunen, stellen we elke cel en elk afzonderlijk deel van het lichaam in staat om te functioneren zoals het hoort.
Dit kan worden omschreven als een netwerkcommunicatieprotocol of taal van biologische cellulaire informatie, vergelijkbaar met aminozuren en nucleïnezuren, maar met een onovertroffen coderingscapaciteit.

Elke cel in je lichaam is omgeven door monosachariden. Er zijn er acht die essentieel zijn. Deze monosachariden kunnen hun configuraties of communicatieberichten duizenden keren per seconde wijzigen. Cellen raken elkaar daadwerkelijk aan om te kunnen communiceren. Disfunctie en ziekte treden op wanneer de componenten die nodig zijn voor cel-naar-cel communicatie afwezig zijn of schaars zijn.

Er zijn verschillende alfabetten, talen en vormen van communiceren. In deze context is er ook een zeer uniek systeem dat cel-naar-cel communicatie wordt genoemd. De reden dat we leven (gezond of ziek) is dat er een communicatieproces gaande is in ons eigen lichaam.

De cellulaire communicatie is veel complexer dan ons alfabet en gebruikt 8 basisvormen in dit proces. Om ons alfabet te construeren wij, mensen
wezens gebruiken 4 geometrische basisvormen. Om ons cellulaire alfabet te construeren, gebruikt ons lichaam 8 basisvormen die glyconutriënten worden genoemd. Indien aanwezig kunnen cellen "praten".

Glyconutriënten zijn plantaardige koolhydraten (monosacchariden). Er zijn meer dan 200 koolhydraten of biologische suikers, maar slechts 8 zijn essentieel voor het lichamelijk functioneren.


• Fucose
• Galactose
• Glucose
• Mannose
• N-acetylglucosamine
• N-acetylgalactosamine
• N-acetylneuraminezuur (een siaalzuur).
• Xylose

Elke cel in ons lichaam - alle 600 biljoen - heeft glyconutriënten nodig ​

We weten dat glyconutriënten de poortwachters van de cel zijn. Niets kan de cel in of uit komen zonder door deze glyconutriënten te gaan. Ze houden virussen en schadelijke bacteriën buiten. Ze zijn nodig voor het opnemen van vitamines en mineralen in de cel. Het lichaam kan bijvoorbeeld een overvloed aan calcium hebben, maar tenzij deze glyconutriënten aanwezig zijn, kan het niet in de botcellen worden opgenomen. Deze glyconutriënten zouden het oppervlak van elke cel in het hele lichaam moeten bedekken. Hun functies zijn zeer divers en absoluut noodzakelijk. Als deze glyconutriënten niet aanwezig zijn, kan een volledige afbraak van de goede werking optreden. Glyconutritional-supplementen zijn gebaseerd op nieuw inzicht in de biochemie van hoe het menselijk lichaam de gezondheid op cellulair niveau handhaaft.
Gezonde cellen leiden tot gezond weefsel gezond weefsel leidt tot gezonde organen en gezonde organen leiden tot gezonde lichamen.

Alle levende cellen in het menselijk lichaam hebben glycoproteïnen op hun oppervlak. Als ze gezond zijn, zijn aan deze glycoproteïnen strengen glyconutriënten vastgemaakt die uit elke cel naar buiten steken. Het zijn deze glyconutriënten die ervoor zorgen dat cellen kunnen communiceren met andere cellen wanneer ze elkaar raken. Als deze glyconutriënten ontbreken in het dieet van een persoon, kunnen cellen (via cellulaire communicatie) een ziekte of ziekte niet herkennen en kunnen mensen ziek worden. Een goede cel-tot-cel communicatie is hoe het menselijk lichaam zichzelf geneest.

Als deze suikers ontbreken, wordt het lichaam gedwongen om ze aan te maken (via een back-upsysteem), dat honderden enzymen en energie gebruikt. Ons lichaam kan ze niet altijd maken als onze enzymen ontbreken. Het ontbreken van slechts één enzym kan voorkomen dat het lichaam alle suikers maakt.

Vaak kan het menselijk lichaam niet genoeg van de glyconutriënten maken en kunnen cellen niet communiceren. In het geval van kanker (een onderactieve immuunstoornis), kunnen de B-cellen de kanker niet herkennen (een mogelijke cellulaire miscommunicatie) en kan een persoon dan kanker krijgen. Bij lupus, MS en diabetes type 1 is het immuunsysteem overactief en valt het het lichaam aan. Dit komt voornamelijk omdat de suppressorcellen in het immuunsysteem niet de cellulaire boodschap krijgen om het immuunsysteem af te sluiten (een mogelijke cellulaire miscommunicatie) nadat het nu agressieve immuunsysteem met succes een ziekteverwekkend virus, bacterie of ander toxine heeft herkend en vernietigd. . Sommige van de gifstoffen die mensen in hun lichaam blijven krijgen, zijn aspartaam, alloxan, chloor en chlooramines.

Glycobiologie is de studie van glyconutriënten. Hoewel de eerste monosachariden in 1880 werden geïdentificeerd, is glycobiologie een vrij nieuw onderzoeksgebied.
Hoe is dit fascinerende onderzoek begonnen? Vroege studies naar dit onderwerp werden uitgevoerd in Japan met elementair onderzoek naar de koolhydraatgroep die begon na de Tweede Wereldoorlog. Onderzoek begon in de jaren zestig te versnellen toen wetenschappers glycoconjugaten, plantenenzymen en suikers begonnen te bestuderen. In de jaren zeventig werd het werk geïntensiveerd naarmate meer wetenschappers geïnteresseerd raakten en zich begonnen samen te werken. In de jaren 80 verspreidde het werk zich naar het Westen. In het Westen werd in de jaren 80 al vroeg onderzoek gedaan met suikers. De feitelijke studie van glyconutriënten (glycobiologie) begon echter echt te versnellen in de jaren negentig. Sindsdien is er een schat aan informatie opgegraven die een revolutie teweegbrengt in de gezondheidszorg en de behandeling van vele ziekten en aandoeningen. Het is een nieuw en opkomend gebied van voedingswetenschap waar zelfs artsen weinig kennis van hebben.
Glycobiologie is een belangrijke ontdekking voor je immuunsysteem. Wetenschap en geneeskunde hebben lang geprobeerd de code te begrijpen waarmee de cellen in het lichaam met elkaar communiceren om de complexe functies te laten plaatsvinden. Hoe weet uw spijsvertering bijvoorbeeld welke voedselbestanddelen in de bloedbaan moeten worden opgenomen en welke moeten worden genegeerd? Of welke cellen aan te vallen en te vernietigen en welke te beschermen en te koesteren? Die code is nu gebroken. Deze rol wordt vervuld door glyconutriënten. Onderzoekers noemen het de belangrijkste ontdekking in de geschiedenis van de geneeskunde... de sleutel tot een lang, gezond leven.


Glycomics en glycoproteomics

Hoewel eiwitglycosylering geconserveerd is, onthult genoomsequentieanalyse niet de werkelijke glycaansamenstelling van een cel of weefsel. Celtype, metabolische en ontwikkelingstoestanden, beschikbaarheid van voedingsstoffen en andere variabelen bepalen de biosynthetische route die verantwoordelijk is voor de productie van glycoproteïne. In de systeembiologie is de samenstelling van glycanen niet te voorspellen en moet deze experimenteel worden opgehelderd.

  • Glycoproteomics is de studie van de glycanen die aanwezig zijn in het repertoire van eiwitten die tot expressie worden gebracht in een bepaalde cel, weefsel of organisme.
  • Glycoproteomics kunnen ook identificeren wanneer een plaats geglycosyleerd is (bezetting) en de structurele en kwantitatieve samenstelling van elk glycaan verkrijgen.
  • Glycomics-onderzoeken bepalen de totale glycaansamenstelling van het systeem.
  • Vanwege de complexiteit en variabiliteit in eiwitglycosylering, zijn glycoproteomics en glycomics-benaderingen complementair en kunnen ze, wanneer ze samen worden gebruikt, een completer beeld van het systeem creëren.
  • Het uiteindelijke doel van glycomics en glycoproteomics is het verkrijgen van vergelijkingen tussen soorten, ontwikkelingsstadia, ziektetoestanden, enz.
  • Interpretatie, gegevensanalyse en vergelijkende studies worden mogelijk gemaakt door moderne bio-informatische hulpmiddelen en databases

Essentials of Glycobiology, 3e editie. Cold Spring Harbor Laboratory Press 2015-2017.

Kies Type:

Dit product valt onder een of meer patenten, handelsmerken en/of copyrights die eigendom zijn van of beheerd worden door New England Biolabs, Inc (NEB).

Hoewel NEB haar producten voor verschillende toepassingen ontwikkelt en valideert, kan het voor het gebruik van dit product van de koper zijn dat hij voor bepaalde toepassingen aanvullende intellectuele eigendomsrechten van derden moet verkrijgen.

Neem voor meer informatie over commerciële rechten contact op met het Global Business Development-team van NEB via [email protected]

Dit product is uitsluitend bedoeld voor onderzoeksdoeleinden. Dit product is niet bedoeld voor therapeutische of diagnostische doeleinden bij mensen of dieren.


Bio-informatica voor Glycobiologie en Glycomics: een inleiding

De beschikbaarheid van uitgebreide databases en bijbehorende bio-informatica-instrumenten, om toegang te krijgen tot de grote hoeveelheden experimentele gegevens met betrekking tot de structuur van koolhydraten en deze te analyseren, zal een voorwaarde zijn voor het succes van de grootschalige glycomic-projecten die gericht zijn op het ontcijferen van nieuwe, tot nu toe onbekende , biologische functies van glycanen. Efficiënte bioinformatica-beschrijvingen en -hulpmiddelen kunnen de efficiëntie van glycomic-onderzoek aanzienlijk verbeteren, in termen van gegevenskwaliteit, analyse en experimentele kosten.

Voor een volledig begrip van de moleculaire processen waarbij koolhydraten betrokken zijn, zoals eiwit-koolhydraat interacties en de impact van glycosylering op de eiwitfunctie, is kennis van de 3D-structuur van het koolhydraat, het eiwit-koolhydraatcomplex of het glycoproteïne vaak onontbeerlijk . Dit boek geeft een grondige introductie in methoden die worden gebruikt voor conformationele analyse van koolhydraten.

  • Beschrijft bioinformatische benaderingen voor het omgaan met koolhydraat-actieve enzymen en glycosylering.
  • Geeft een overzicht van bioinformatica-instrumenten die de analyse van koolhydraatstructuren vergemakkelijken.
  • Geeft inleiding in moleculaire modellering van koolhydraat 3D-structuur en koolhydraten in de Protein Databank.
  • Veronderstelt slechts een basiskennis van biologie en bioinformatica.

Beoordelingen

Auteur Bios

Dr. Claus-Wilhelm von der Lieth, overleden 2007.

Thomas Lutteke, Justus-Liebig Universiteit Giessen, Duitsland Faculteit Diergeneeskunde, Instituut voor Biochemie en Endocrinologie.

Dr. Martin Frank, Duits Kankeronderzoekscentrum, Heidelberg, Duitsland Bijvoet Centrum voor Biomoleculair Onderzoek, Universiteit Utrecht, Nederland.


Epigenomica

DNA-methylatie, histon-staartmodificaties en RNA-gemedieerde regulatie van genexpressie zijn bekende epigenetische mechanismen. Epigenetische modificatie van genen die betrokken zijn bij eiwitglycosylering is in verschillende onderzoeken gerapporteerd. Complexe interacties koppelen echter glycomics en epigenomics. In tegenstelling tot de epigenetische regulatie van glycogenen, reguleert glycosylering zelf namelijk epigenetisch de transcriptie van andere genen. De enige vorm van glycosylering die wordt gevonden in de zoogdierkern, O-GlcNAc, werd geïdentificeerd als een epigenetische histonmarkering, wat aangeeft dat glycosylering zelf epigenetisch gentranscriptie reguleert (Kizuka, 2015).


Glycomics of Glycobiology een discipline van de biologie


Gycomics houdt zich bezig met de structuur en functie van oligosachariden (keten van suikers)

De term glycomics is afgeleid van het chemische voorvoegsel voor zoetheid van suiker "glyco"en werd gevormd om de naamgevingsconventie te volgen die is vastgesteld door genomics (die zich bezighoudt met genen) en proteomics (die zich bezighoudt met eiwitten)

De identiteit van het geheel van koolhydraten in een organisme wordt dus gezamenlijk het glycoom genoemd.

Dit onderzoeksgebied heeft te maken met een inherent niveau van complexiteit dat niet wordt gezien in andere gebieden van toegepaste biologie.

terwijl genen vier bouwstenen hebben en eiwitten er twintig, hebben de saccariden een veelheid aan bouwstenen.

Vooruitgang in glycomics wordt verwacht te worden aangedreven door verbeteringen in moleculaire sequencing en bio-informatica, de computationele organisatie en verwerking van gesequenced gegevens.
Wikipedia-encyclopedie

"Dit wordt de toekomst"verklaart biochemicus Gerald Hart van de John Hopkins University in Baltimore.

We zullen immunologie, neurologie, ontwikkelingsbiologie of ziekte pas begrijpen als we grip hebben op glycobiologie.

"Als je vraagt ​​wat het glycoom is voor een enkel celtype, is het waarschijnlijk vele duizenden keren complexer dan het genoom", zegt Ajit Varki,

Directeur van het Glycobiology Research and Training Center aan de University of California San Diego.

Raymond Dwek, hoofd van het Glycobiology-instituut van de Universiteit van Oxford, die de term bedacht "glycobiologie"in 1988 zegt dat suikers vaak als onbelangrijk werden afgedaan, "als decoratie op eiwitten, pmensen weten niet hoe ze ermee om moeten gaan"

Ze hadden niet meer ongelijk kunnen hebben. Naarmate recente ontwikkelingen in de genetica zich hebben ontvouwd, is het belang van suikers steeds duidelijker geworden. Varki ziet het als een ontdekkingsreis, "het is alsof we het continent Noord-Amerika net hebben ontdekt".

Nu moeten we scoutingfeesten sturen om erachter te komen hoe groot het is. New Scientist, oktober 2002 door de wetenschap schrijft Karen Schmidt.

Maar zelfs nu artsen en farmaceutische bedrijven worstelen om de recente explosie van gegevens over genen en eiwitten te interpreteren en te exploiteren, wacht er nog een ander gebied van de biologie om uit te breken:
glycomics.

Deze opkomende discipline probeert voor suikers en koolhydraten te doen wat genomica en proteomica hebben gedaan voor genen en eiwitten om ze naar de mainstream van biomedisch onderzoek en medicijnontdekking te brengen. Technologieoverzicht, oktober 2001

Van (Glycomics) is bekend dat ze hormonen reguleren, de embryonale ontwikkeling organiseren, de beweging van cellen en eiwitten door het lichaam sturen en het immuunsysteem reguleren.

Het laat maar weer eens zien dat het DNA in het genoom slechts één aspect is van het complexe mechanisme dat het lichaam draaiende houdt. het decoderen van het DNA is een stap op weg naar begrip,
maar op zichzelf specificeert het niet alles wat er met het organisme gebeurt. Michael Quinion .

geplaatst door BRYAN SWAINSON Q.B.E. om 11:19 | 1 reacties


Inhoud

  • De complexiteit van suikers: wat betreft hun structuur zijn ze niet lineair, maar sterk vertakt. Bovendien kunnen glycanen worden gemodificeerd (gemodificeerde suikers), dit verhoogt de complexiteit ervan.
  • Complexe biosynthetische routes voor glycanen.
  • Gewoonlijk worden glycanen ofwel gebonden aan eiwitten (glycoproteïne) of geconjugeerd met lipiden (glycolipiden) aangetroffen.
  • In tegenstelling tot genomen zijn glycanen zeer dynamisch.

Dit onderzoeksgebied heeft te maken met een inherent niveau van complexiteit dat niet wordt gezien in andere gebieden van toegepaste biologie. [5] 68 bouwstenen (moleculen voor DNA, RNA en eiwitten categorieën voor lipiden soorten suikerbindingen voor sacchariden) vormen de structurele basis voor de moleculaire choreografie die het hele leven van een cel vormt. DNA en RNA hebben elk vier bouwstenen (de nucleosiden of nucleotiden). Lipiden zijn onderverdeeld in acht categorieën op basis van ketoacyl en isopreen. Eiwitten hebben 20 (de aminozuren). Sachariden hebben 32 soorten suikerbindingen. [6] Hoewel deze bouwstenen alleen lineair kunnen worden vastgemaakt voor eiwitten en genen, kunnen ze voor sacchariden in een vertakte reeks worden gerangschikt, waardoor de mate van complexiteit verder wordt vergroot.

Voeg daarbij de complexiteit van de talrijke betrokken eiwitten, niet alleen als dragers van koolhydraten, de glycoproteïnen, maar eiwitten die specifiek betrokken zijn bij het binden en reageren met koolhydraten:

  • Koolhydraatspecifieke enzymen voor synthese, modulatie en afbraak, allerlei soorten koolhydraatbindende eiwitten, circulerende of membraangebonden koolhydraatbindende receptoren

Om deze vraag te beantwoorden, moet men de verschillende en belangrijke functies van glycanen kennen. De volgende zijn enkele van die functies:

    en Glycolipiden die op het celoppervlak worden gevonden, spelen een cruciale rol bij bacteriële en virale herkenning.
  • Ze zijn betrokken bij cellulaire signaalroutes en moduleren de celfunctie.
  • Ze zijn belangrijk bij de aangeboren immuniteit.
  • Ze bepalen de ontwikkeling van kanker.
  • Ze orkestreren het cellulaire lot, remmen proliferatie, reguleren de bloedsomloop en invasie.
  • Ze beïnvloeden de stabiliteit en vouwing van eiwitten.
  • Ze beïnvloeden de route en het lot van glycoproteïnen.
  • Er zijn veel glycaan-specifieke ziekten, vaak erfelijke ziekten.

Er zijn belangrijke medische toepassingen van aspecten van glycomics:

    fractioneer cellen om graft-versus-host-ziekte bij hematopoëtische stamceltransplantatie te voorkomen.
  • Activering en expansie van cytolytische CD8T-cellen bij de behandeling van kanker.

Glycomics is vooral belangrijk in de microbiologie omdat glycanen verschillende rollen spelen in de bacteriële fysiologie. [7] Onderzoek naar bacteriële glycomics kan leiden tot de ontwikkeling van:

Hieronder volgen voorbeelden van veelgebruikte technieken bij glycaananalyse [4] [5]

Hoge resolutie massaspectrometrie (MS) en high-performance vloeistofchromatografie (HPLC)

De meest toegepaste methoden zijn MS en HPLC, waarbij het glycaandeel of enzymatisch of chemisch van het doelwit wordt gesplitst en aan analyse wordt onderworpen. [8] In het geval van glycolipiden kunnen deze direct worden geanalyseerd zonder scheiding van de lipidecomponent.

N-glycanen van glycoproteïnen worden routinematig geanalyseerd door middel van high-performance-vloeistofchromatografie (omgekeerde fase, normale fase en ionenuitwisselings-HPLC) na het labelen van het reducerende uiteinde van de suikers met een fluorescerende verbinding (reductieve labeling). [9] De afgelopen jaren is een grote verscheidenheid aan verschillende labels geïntroduceerd, waarbij 2-aminobenzamide (AB), antranilzuur (AA), 2-aminopyridin (PA), 2-aminoacridon (AMAC) en 3-(acetylamino)- 6-aminoacridine (AA-Ac) zijn er maar een paar. [10]

O-glycanen worden meestal zonder tags geanalyseerd, omdat ze vanwege de chemische afgifte-omstandigheden niet kunnen worden gelabeld. [11]

Gefractioneerde glycanen van high-performance vloeistofchromatografie (HPLC) instrumenten kunnen verder worden geanalyseerd door MALDI-TOF-MS(MS) om meer informatie te krijgen over structuur en zuiverheid. Soms worden glycaanpools direct geanalyseerd door massaspectrometrie zonder prefractionering, hoewel een onderscheid tussen isobare glycaanstructuren uitdagender of zelfs niet altijd mogelijk is. Hoe dan ook, directe MALDI-TOF-MS-analyse kan leiden tot een snelle en ongecompliceerde illustratie van de glycanpool. [12]

In de afgelopen jaren is high performance vloeistofchromatografie online gekoppeld aan massaspectrometrie erg populair geworden. Door poreuze grafietkoolstof als stationaire fase voor vloeistofchromatografie te kiezen, kunnen zelfs niet-gederivatiseerde glycanen worden geanalyseerd. Voor deze toepassing wordt vaak gebruik gemaakt van Electrospray ionisatie (ESI). [13] [14] [15]

Multiple Reaction Monitoring (MRM) Bewerken

Hoewel MRM op grote schaal is gebruikt in metabolomics en proteomics, maken de hoge gevoeligheid en lineaire respons over een breed dynamisch bereik het bijzonder geschikt voor onderzoek en ontdekking van glycan-biomarkers. MRM wordt uitgevoerd op een triple quadrupool (QqQ) instrument, dat is ingesteld om een ​​vooraf bepaald precursorion in de eerste quadrupool, een gefragmenteerd in de collisie quadrupool en een vooraf bepaald fragmention in de derde quadrupool te detecteren. Het is een niet-scantechniek, waarbij elke overgang afzonderlijk wordt gedetecteerd en de detectie van meerdere overgangen gelijktijdig plaatsvindt in duty-cycles. Deze techniek wordt gebruikt om het immuunglycoom te karakteriseren. [16] [17] [18]

tafel 1: Voor- en nadelen van massaspectrometrie bij glycaananalyse

  • Toepasbaar voor kleine monsterhoeveelheden (lager fmol-bereik)
  • Nuttig voor complexe glycaanmengsels (generatie van een verdere analysedimensie).
  • Aanhechtingszijden kunnen worden geanalyseerd door tandem MS-experimenten (zijspecifieke glycaananalyse).
  • Glycan-sequencing door tandem MS-experimenten.
  • Destructieve methode.
  • Noodzaak van een goed experimenteel ontwerp.

Arrays bewerken

Lectine- en antilichaamarrays bieden screening met hoge doorvoer van veel monsters die glycanen bevatten. Deze methode maakt gebruik van natuurlijk voorkomende lectines of kunstmatige monoklonale antilichamen, waarbij beide op een bepaalde chip worden geïmmobiliseerd en worden geïncubeerd met een fluorescerend glycoproteïnemonster.

Glycan-arrays, zoals die aangeboden door het Consortium for Functional Glycomics en Z Biotech LLC, bevatten koolhydraatverbindingen die kunnen worden gescreend met lectines of antilichamen om koolhydraatspecificiteit te definiëren en liganden te identificeren.

Metabolische en covalente labeling van glycanen

Metabolische labeling van glycanen kan worden gebruikt als een manier om glycanstructuren te detecteren. Een bekende strategie omvat het gebruik van met azide gelabelde suikers die kunnen worden omgezet met behulp van de Staudinger-ligatie. Deze methode is gebruikt voor in vitro en in vivo beeldvorming van glycanen.

Hulpmiddelen voor glycoproteïnen Bewerken

Röntgenkristallografie en nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectroscopie voor volledige structurele analyse van complexe glycanen is een moeilijk en complex gebied. De structuur van de bindingsplaats van talrijke lectines, enzymen en andere koolhydraatbindende eiwitten heeft echter een grote verscheidenheid aan structurele basis voor de glycoomfunctie onthuld. De zuiverheid van testmonsters is verkregen door middel van chromatografie (affiniteitschromatografie enz.) en analytische elektroforese (PAGE (polyacrylamide-elektroforese), capillaire elektroforese, affiniteitselektroforese, enz.).

Er zijn verschillende online software en databases beschikbaar voor glycomisch onderzoek. Dit bevat: