_ Înțelegerea comunicării chimice dintre celule

La fel ca oamenii pe care îi alcătuiesc, celulele comunică lovindu-se una de alta și schimbând strângeri de mână. Spre deosebire de oameni, celulele efectuează aceste strângeri de mână folosind o gamă variată de molecule de zahăr care le acoperă suprafața ca niște copaci care acoperă un peisaj. Strângerile de mână între aceste molecule de zahăr sau glicani determină celulele să reacționeze în moduri specifice unele față de altele, cum ar fi evadarea, ignorarea sau distrugerea.

Descoperirea „limbajului corporal” al glicanilor în timpul acestor strângeri de mână poate oferi indicii. la modul în care funcționează cancerele, infecțiile și sistemele imunitare, precum și soluțiile la provocările de sănătate și durabilitate cu care se confruntă societatea astăzi.

Fiecare moleculă de glican este alcătuită dintr-o rețea de molecule de zahăr individuale legate între ele. Numărul mare de structuri posibile de glicani care pot fi construite prin conectarea acestor molecule de zahăr le permite glicanilor să stocheze informații bogate.

Deoarece toate celulele vii sunt acoperite cu zaharuri, glicanii acționează ca niște cărți de identitate pentru celule. Ele afișează identitatea celulei, cum ar fi dacă este o bacterie sau celulă umană, și starea acesteia, cum ar fi dacă este sănătoasă sau canceroasă, pentru restul corpului și permit altor celule să recunoască și să răspundă la ea. De exemplu, aceste semne de identificare permit celulelor noastre imunitare să recunoască și să îndepărteze bacteriile dăunătoare și celulele canceroase, lăsând în același timp celulele sănătoase în pace.

Un exemplu al modului în care informațiile stocate de glicani sunt importante pentru viața de zi cu zi este sângele tău. tip. Glicanii sunt legați chimic de proteinele și lipidele de pe suprafața globulelor roșii. În special, suprafața globulelor roșii de tip A are glicani care diferă de glicanii de pe suprafața celulelor roșii de tip B și tip O. Este important să știi ce grupă de sânge ai pentru a evita un răspuns imun nedorit în timpul transfuziilor de sânge.

Proteinele decorate cu glicani sau glicoproteine ​​și lipidele decorate cu glicani sau glicolipide sunt omniprezente în natură.

De exemplu, glicoproteinele distinctive acoperă suprafața virusurilor care cauzează gripa COVID-19, HIV și H1N1 și îi ajută să infecteze celulele. Glicolipidele acoperă, de asemenea, multe bacterii, permițându-le să se lipească de gazdele lor și să le protejeze de viruși și celule imunitare.

Mai recent, cercetătorii au descoperit bucăți de material genetic decorate cu glicani pe suprafețele celulelor de mamifere, provocând noțiunea de lungă durată că materialul genetic ar putea fi găsit doar în nucleul celulelor și lansarea cercetărilor pentru a determina funcțiile acestor glicani. Un studiu recent a arătat că aceste molecule sunt vitale în atragerea celulelor imune către țesuturile infectate sau rănite.

Pe lângă informațiile biologice bogate conținute în glicani, locațiile lor ușor accesibile de pe suprafața celulelor le fac ținte foarte atractive în cercetare științifică și dezvoltare de medicamente.

Celulele simt glicanii de pe suprafața altor celule folosind, printre altele, proteine ​​numite lectine. Fiecare lectină are o zonă unică care îi permite să se lege de glicani cu o anumită secvență de potrivire, declanșând semnale complexe care duc la o acțiune biologică.

De exemplu, o subfamilie de lectine numite lectine de tip C sunt capabile pentru a recunoaște glicanii specifici de pe pereții exteriori ai virușilor, ciupercilor și bacteriilor dăunătoare. Găsite pe suprafețele anumitor celule imunitare, aceste lectine furnizează glicani către proteinele altor celule imunitare care acum pot distruge selectiv orice virus sau celule care poartă acel glican. Acest proces permite sistemului imunitar să curețe organismul de agenții patogeni nocivi. De exemplu, aceste lectine recunosc glicanii de pe suprafața celulelor canceroase și direcționează alte celule imune pentru a elimina aceste celule canceroase.

Un alt tip de lectină numită siglec se găsește pe suprafețele celulelor imune și le ajută să se distingă pe sine de nonself, adică între celulele care alcătuiesc corpul și celulele care sunt străine organismului. Deoarece siglec-urile sunt implicate în controlul modului în care sistemul imunitar răspunde la multe tipuri de cancer, alergii, boli autoimune și neurodegenerare, ele oferă o oportunitate de a trata aceste afecțiuni.

Succesul timpuriu al medicamentelor pe bază de glicani este exemplificat de Pfizer. Vaccin Prevnar pentru prevenirea pneumoniei bacteriene, care a fost aprobat de Food and Drug Administration în 2010. Prevnar conține glicani din diverse tulpini de Streptococcus pneumoniae, principala cauză a pneumoniei bacteriene la copii și adulți. Glicanii bacterieni din vaccin declanșează un răspuns imun atunci când celulele imune recunosc glicanii ca amenințări străine. Odată ce celulele imune învață cum să neutralizeze amenințarea, organismul devine imun la viitoarea invazie a bacteriilor cu aceiași glicani.

Deoarece oamenii de știință încă nu sunt în măsură să extragă toate informațiile biologice din glicani, întregul lor potențial ca tratamente. a rămas neexploatat. Extragerea cuprinzătoare a tuturor informațiilor stocate în glicani este foarte dificilă, deoarece în prezent nu există o tehnologie capabilă să analizeze structurile complexe și diverse ale glicanilor. Cercetătorii încă nu știu cum arată aceste „coduri de zahăr” și cum funcționează.

Glicanii individuali sunt alcătuiți din molecule de zahăr în aranjamente unice, dar instrumentele analitice actuale pot analiza doar simultan mulți glicani. Pentru a vedea de ce aceasta este o problemă pentru analiză, imaginați-vă toți glicanii dintr-o celulă ca bomboane într-un borcan. Unele dintre ele au aceleași culori, iar altele nu. Ar fi dificil să identifici și să cuantificați culoarea fiecărei bomboane din borcan dacă nu reușiți să le turnați pentru a le sorta individual pe fiecare dintre ele.

Laboratorul meu se confruntă cu această provocare prin dezvoltarea imaginilor. tehnologie care poate analiza structura glicanilor prin imagistica fiecărei molecule individuale. În esență, dezvoltăm o tehnică pentru a deschide borcanul și a studia fiecare bomboană pe rând.

Pe termen lung, echipa mea aspiră să dezvăluie modul în care acești glicani se prezintă la proteinele care îi recunosc. și, în cele din urmă, dezvăluie însuși limbajul pe care celulele îl folosesc pentru a se exprima.

Acest articol este republicat din The Conversation sub o licență Creative Commons. Citiți articolul original.

(Fluierul)