Två färska papper från Keck Graduate Institute (KGI) professor James Sterling och Shenda Baker, VD och COO på Synedgen, beskriv hur joner interagerar med slemhinnans ytglykaner för att säkerställa hälsan.

Betydelsen av joner, eller elektrolyter, inom människors hälsa är välkänt, men den exakta roll som dessa joner spelar i biologin är mer komplicerad än man tidigare trott. Komplexa sockerarter som kallas glykaner, som täcker cellernas och slemhinnans ytor, är några av de mest negativt laddade molekylerna i biologin. I vår näsa, hals, ögon, lungor, och mag -tarmkanalen, dessa ytor spelar en viktig roll för att skydda kroppen från patogeninvasion och exponering för miljön.

Papperet "En kontinuumsmodell av slemhinna med glykanjonparning, "publicerades den 15 januari i tidningen Makromolekylär teori och simuleringar .

"Jonparningens roll vid cellytor har viktiga konsekvenser för läkemedelsleverans, så vi arbetar med KGI biträdande professor Kiana Aran för att förbättra slemhinnans läkemedelsleverans, "Sterling säger." På samma sätt, interaktionen mellan toxiner och celler undersöks med KGI-biträdande professor Mikhail Martchenko i hans labbs arbete med porbildande peptider. "

Medan positiva och negativa laddningar lockas till varandra, två olika joner (säg, natrium och kalium) med samma laddning interagerar inte på samma sätt med samma negativa jon, och arten av dessa skillnader kallas lyotropi.

"En viktig implikation av dessa subtila skillnader är att glykaner interagerar på unika sätt med varje jontyp, "säger Sterling." Specifika skillnader i hur joner parar sig med motjoner kan orsaka stora förändringar i både den elektriska potentialen och tjockleken på det skyddande skiktet på celler som förhindrar att patogener fastnar och invaderas. Det finns en komplex interaktion mellan attraktion och avstötning när laddningarna rör sig som svar på varandra, både positivt och negativt. Förvånande, ytstrukturerna kan vara mycket olika för olika joner, även om samma antal joner är närvarande. "

I slemhinnans ytor, som lungan, slemmet består av negativt laddade polyelektrolyter som kallas muciner som är mycket känsliga för förändringar i joner. Hos patienter med cystisk fibros, till exempel, den genetiska defekten i CFTR -genen minskar jontransporten, vilket gör att slemet är tjockt och visköst. Baker och Sterling beskriver hur tjockleken på slemhinneskiktet och dess elektriska potential ändras genom förändringar i jontyp (karboxylater eller sulfater på mucinerna).

"Förståelsen för hur varje jontyp påverkar strukturen, elektrisk potential, och vätskebeteende hos luftvägens ytskikt i lungan har direkta konsekvenser för att utforma läkemedelsmål som påverkar lungbeteendet, "konstaterar Baker.

Papperet överväger joninteraktioner och elektriska potentialer i en mängd olika biologiskt viktiga hydrogeler och cellytor, och innehåller specifika jon-jon-interaktioner för varje jonpar-typ. Detta arbete följer en publikation från 2017 av Drs. Baker och Sterling in Kolloid- och gränssnittsvetenskapskommunikation , med titeln "Elektrolytropisk jämvikt och nyttan av jonpar-dissociationskonstanter, "fastställa genomförbarheten av dessa modeller för bestämning av biohydrogelstruktur.

Professor Sterling presenterade också aspekter av detta arbete på KGI:s 13:e årliga Research Retreat den 12 januari. Hans presentation kan ses via följande länk:Partitionering och parning i biologi.