Medan stora inbrytningar har gjorts inom genomik, metabolomik, eller protein- och lipidforskning, glykosylering förblir i stort sett outforskad på proteomskalan. Det finns begränsade teknologier för att profilera det komplexa glykoproteomet. Glykoproteiner kan skilja sig inte bara genom antalet och placeringen av glykositeter, men också av sammansättningen och strukturen för varje glykan. Glykoproteomik är "en av livsvetenskapens nyckelgränser, säger studieledaren Josef Penninger, MD, IMBA direktör.
För att övervinna de tekniska begränsningarna som har hindrat fältet, Penningers grupp utvecklade masspektrometri metoder och algoritmer som slutligen möjliggör både omfattande identifiering av komplexa sockerstrukturer och deras kartläggning till platser inom motsvarande proteiner. Deras nya jämförande glykoproteomikplattform publiceras i det aktuella numret av Natur . Kallas SugarQb, för sockerkvantitativ biologi, deras tillvägagångssätt möjliggör globala insikter i proteinglykosylering och glykanmodifieringar i biologiska system. De tillämpade denna plattform på två spännande proof-of-principle-studier – en analys av embryonala stamcellsglykoproteomer, och identifiering av glykoproteiner som krävs för ricintoxicitet.
Genom att använda den nya SugarQb-metoden, författarna etablerade ett första utkast till glykoproteomer från murina och mänskliga embryonala stamceller. Deras resultat nästan fördubblade antalet av alla kända glykoproteiner i hela litteraturen. De avslöjade också flera nya glykosylerade proteiner, inklusive evolutionärt konserverade såväl som artspecifika sockermodifieringar i murina och mänskliga stamcellspluripotensfaktorer. Många av de glykosylerade proteinerna de avslöjade lokaliseras till plasmamembranet och är inblandade i cell-till-cell-signalering, cellinteraktioner, samt embryonal utveckling.
Ricin är ett mycket giftigt växttoxin och biovapen. Smugglingen av ricin väcker farhågor om att det skulle kunna användas av terrorister och terroristorganisationer. Flera amerikanska politiker – inklusive president Barack Obama – fick brev som innehöll spårmängder av giftet. Det finns för närvarande inga motgift mot ricinexponering - så olika grupper, från läkemedelsföretag till militären, är intresserade av att identifiera terapier för att behandla eller förebygga ricintoxicitet. Penningers grupp hade precis tidigare upptäckt att mutantceller som är defekta för fukosylering, en typ av glykosylering som tillför fukossocker, var resistenta mot ricin. Dock, de fukosylerade målen som stöder ricintoxicitet var okända.
Använder SugarQb, de första författarna Jasmin Taubenschmid, Doktorand vid IMBA, och proteomforskaren Johannes Stadlmann, kunde nu erhålla glykoproteomerna från dessa ricinresistenta celler:glykoproteinerna som förändrades i mutantcellerna kan spela en roll i deras resistens. Verkligen, laget upptäckte sex nya spelare som orkestrerar ricintoxicitet. Förlust av något av dessa proteiner gjorde mänskliga celler ricinresistenta, precis som de celler som är defekta för fukosylering. Deras resultat tyder på att fukosylering av dessa nya spelare krävs för ricinkänslighet och ger många nya terapeutiska mål för upptäckt av läkemedel.
SugarQb är fritt tillgängligt för alla forskare. "Vi hoppas att vår plattform kommer att tillåta forskarteam över hela världen att kartlägga detta okända territorium genom att identifiera sockerstrukturerna och deras positioner på motsvarande proteiner, "säger Johannes Stadlmann." Glykosylering spelar en grundläggande roll i många sjukdomar, inklusive cancer – SugarQb kommer att tillåta forskare att upptäcka nya mekanismer inom biologi och behandlingsstrategier för sjukdomar. Det kan också användas av läkare för att definiera avvikande glykoproteomiska signaturer som biomarkörer för sjukdomar och för att spåra svar på terapi, ", tillägger Josef Penninger, sista författare och vetenskaplig chef för IMBA.
