Гликобиология - Glycobiology

Для журнала см. Гликобиология (журнал).

В самом узком смысле слова гликобиология это исследование структуры, биосинтеза и биологии сахариды (сахар цепи или гликаны ), 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 медицинских, биохимических и биотехнологических областях.

История

В соответствии с Оксфордский словарь английского языка конкретный термин гликобиология был изобретен в 1988 г. Раймонд Двек признать объединение традиционных дисциплин углевод химия и биохимия.[3] Это объединение явилось результатом гораздо большего понимания клеточных и молекулярная биология из гликаны. Однако уже в конце девятнадцатого века новаторские усилия предпринимались Эмиль Фишер установить структуру некоторых основных молекул сахара.

Гликоконъюгаты

Основные статьи: Гликоконъюгаты и Гликозилирование

Сахара могут быть связаны с другими типами биологических молекул с образованием гликоконъюгатов. Ферментативный процесс гликозилирования создает сахара / сахариды, связанные с собой и с другими молекулами гликозидной связью, тем самым производя гликаны. Гликопротеины, протеогликаны и гликолипиды являются наиболее распространенными гликоконъюгатами, обнаруженными в клетках млекопитающих. Они находятся преимущественно на внешней стенке клетки и в секретируемых жидкостях. Было показано, что гликоконъюгаты играют важную роль в межклеточных взаимодействиях из-за присутствия на клеточной поверхности различных рецепторы связывания гликанов помимо самих гликоконъюгатов.[4][5] Помимо своей функции в сворачивании белков и прикреплении клеток, N-связанные гликаны белка может модулировать функцию белка, в некоторых случаях действуя как переключатель включения-выключения.[6]

Гликомикс

Основная статья: Гликомикс

"Гликомикс, аналогично геномика и протеомика, представляет собой систематическое изучение всех гликановых структур данного типа клеток или организма »и является подгруппой гликобиологии.[7][8]

Проблемы изучения сахарных структур

Частично вариабельность сахаридных структур обусловлена ​​тем, что моносахарид блоки могут быть связаны друг с другом множеством различных способов, в отличие от аминокислоты из белки или нуклеотиды в ДНК, которые всегда объединяются стандартным образом.[9] Изучение структур гликанов также осложняется отсутствием прямой матрицы для их биосинтеза, в отличие от белков, где их аминокислотная последовательность определяется их соответствующими ген.[10]

Гликаны являются продуктами вторичных генов и, следовательно, образуются в результате скоординированного действия многих ферментов в субклеточных компартментах клетки. Поскольку структура гликана может зависеть от выражение, активность и доступность различных ферментов биосинтеза, невозможно использовать рекомбинантная ДНК технологии для производства больших количеств гликанов для структурных и функциональных исследований, как и для белков.

Современные инструменты и методы для предсказания структуры гликанов и изучения гликановых лигандов

Передовые аналитические инструменты и программное обеспечение, при использовании в сочетании, могут раскрыть тайну гликановых структур. Современные методы структурной аннотации и анализа гликанов включают: жидкостная хроматография (LC), капиллярный электрофорез (CE), масс-спектрометрии (РС), ядерный магнитный резонанс (ЯМР) и лектиновые массивы.[11]

Один из наиболее широко используемых методов - это масс-спектрометрии в котором используются три основных блока: ионизатор, анализатор и детектор.

Массивы гликанов, подобные тем, которые предлагаются Консорциумом функциональной гликомики и Z Biotech LLC, содержат углеводные соединения, которые можно скринировать с помощью лектинов или антител для определения углеводной специфичности и идентификации лигандов.

Мониторинг множественных реакций (MRM)

MRM - это метод, основанный на масс-спектрометрии, который недавно был использован для профилирования сайт-специфичного глиозилирования. Хотя MRM широко используется в метаболомике и протеомике, его высокая чувствительность и линейная реакция в широком динамическом диапазоне делают его особенно подходящим для исследования и открытия гликановых биомаркеров. MRM выполняется на приборе с тройным квадруполем (QqQ), который настроен на обнаружение заранее определенного иона-предшественника в первом квадруполе, фрагментированного в квадруполе столкновений и заранее определенного фрагментированного иона в третьем квадруполе. Это метод без сканирования, в котором каждый переход обнаруживается индивидуально, а обнаружение множества переходов происходит одновременно в рабочих циклах.[6] Этот метод используется для характеристики иммунного гликома.[6]

Лекарство

Лекарства, уже имеющиеся на рынке, такие как гепарин, эритропоэтин и несколько противогриппозных препаратов доказали свою эффективность и подчеркивают важность гликаны как новый класс наркотиков. Кроме того, поиск новых противораковых препаратов открывает новые возможности в гликобиологии.[12] Противораковые препараты с новыми и разнообразными механизмами действия вместе с противовоспалительными и противоинфекционными препаратами сегодня проходят клинические испытания. Они могут облегчить или завершить текущую терапию. Хотя эти гликаны представляют собой молекулы, которые трудно синтезировать воспроизводимым способом из-за их сложной структуры, и эта новая область исследований весьма обнадеживает в будущем.

Кожа

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

  • Они играют решающую роль в распознавании молекул и клеток, они действуют, в первую очередь, на поверхности клеток, доставляя биологические сообщения.[13]
  • Они играют важную роль в метаболизме клеток: синтез, пролиферация и дифференциация.
  • Они играют определенную роль в структуре и архитектуре тканей.

Гликаны, необходимые для нормального функционирования кожи, в процессе старения претерпевают как качественные, так и количественные изменения.[14] Нарушаются коммуникативные и метаболические функции, ухудшается архитектура кожи.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Варки А., Каммингс Р., Эско Дж., Фриз Х., Стэнли П., Бертоцци С., Харт Дж., Эцлер М. (2008). Основы гликобиологии. Лабораторный пресс Колд-Спринг-Харбор; 2-е издание. ISBN  978-0-87969-770-9.
  2. ^ Варки А., Каммингс Р., Эско Дж., Фриз Х, Харт Дж., Март Дж. (1999). Основы гликобиологии. Лабораторный пресс Колд-Спринг-Харбор. ISBN  0-87969-560-9.
  3. ^ Радемахер Т.В., Парех РБ, Двек Р.А. (1988). «Гликобиология». Анну. Преподобный Biochem. 57 (1): 785–838. Дои:10.1146 / annurev.bi.57.070188.004033. PMID  3052290.
  4. ^ Ма BY, Миколайчак С.А., Йошида Т., Йошида Р., Кельвин Д.Д., Очи А. (2004). «Функция костимулирующего рецептора Т-лимфоцитов CD28 негативно регулируется N-связанными углеводами». Biochem. Биофиз. Res. Сообщество. 317 (1): 60–7. Дои:10.1016 / j.bbrc.2004.03.012. PMID  15047148.
  5. ^ Такахаши М., Цуда Т., Икеда Й, Хонке К., Танигучи Н. (2004). «Роль N-гликанов в передаче сигналов фактора роста». Glycoconj. J. 20 (3): 207–12. Дои:10.1023 / B: GLYC.0000024252.63695.5c. PMID  15090734. S2CID  1110879.
  6. ^ а б c Маверакис Э., Ким К., Шимода М., Гершвин М., Патель Ф, Уилкен Р., Райчаудхури С., Рухак Л. Р., Лебрилла CB (2015). "Гликаны в иммунной системе и измененная теория аутоиммунитета гликанов". J Аутоиммунный. 57 (6): 1–13. Дои:10.1016 / j.jaut.2014.12.002. ЧВК  4340844. PMID  25578468.
  7. ^ Лабораторный пресс Колд-Спринг-Харбор Основы гликобиологии, второе издание
  8. ^ Шнаар, Р.Л. (июнь 2016 г.). «Упрощенная гликобиология: различные роли распознавания гликанов в воспалении». Журнал биологии лейкоцитов. 99 (6): 825–38. Дои:10.1189 / jlb.3RI0116-021R. ЧВК  4952015. PMID  27004978.
  9. ^ Крюгер, Дж (2001). «Расшифровка гепарансульфата». Получено 2008-01-11. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  10. ^ Март, JD (2008). «Единое видение строительных блоков жизни». Природа клеточной биологии. 10 (9): 1015–6. Дои:10.1038 / ncb0908-1015. ЧВК  2892900. PMID  18758488.
  11. ^ Aizpurua-Olaizola, O .; Sastre Toraño, J .; Falcon-Perez, J.M .; Уильямс, С .; Reichardt, N .; Бунс, Г.-Дж. (Март 2018 г.). «Масс-спектрометрия для открытия гликановых биомаркеров». Тенденции TrAC в аналитической химии. 100: 7–14. Дои:10.1016 / j.trac.2017.12.015. ISSN  0165-9936.
  12. ^ Олден К., Бернард Б.А., Хамфрис М. и др. (1985). Функция гликопротеиновых гликанов T.I.B.S. С. 78–82.
  13. ^ Фори, Г. (декабрь 2008 г.). «Альфа-L-рамноза узнает лектиновый участок фибробластов кожи человека, функционирует как преобразователь сигнала: модуляция потоков Са2 + и экспрессии генов». Biochimica et Biophysica Acta. 1780 (12): 1388–94. Дои:10.1016 / j.bbagen.2008.07.008. PMID  18708125.
  14. ^ О, Чан-Хи; Ким, Ён Гён; Юнг, Джи-Йонг; Шин, Чон Ын; Чунг, Джин Хо (2011). «Изменения гликозаминогликанов и родственных протеогликанов в изначально стареющей коже человека in vivo». Экспериментальная дерматология. 20 (5): 454–456. Дои:10.1111 / j.1600-0625.2011.01258.x. ISSN  1600-0625. PMID  21426414. S2CID  34434784.

http://www.healthcanal.com/medical-breakthroughs/22037-UGA-scientists-team-define-first-ever-sequence-biological-important-carbohydrate.html

внешняя ссылка