28 februari 2018 - Nästan varje levande cell är fylld med förgrenade kedjor av kolhydrater som kallas glykaner. Glykaner spelar olika roller för att forma hur en cell interagerar med sin omgivning.

Nu, forskare vid The Scripps Research Institute (TSRI) har beskrivit en ny metod för att pryda celler med olika glykaner och screena interaktioner mellan glykaner och proteiner. Deras genombrott, publicerad idag i Naturkommunikation , kan utöka forskningen om glykans roll i mänskliga sjukdomar, inklusive cancer.

"Forskare har försökt göra glykanarrayer som varje forskare som är intresserad av glykaner kan få tillgång till i sina egna laboratorier i åratal, "säger Peng Wu, Doktorsexamen, en TSRI -docent och seniorförfattare till studien. "Vi har inte bara gjort det, men vi har gjort det på ett sätt som är väldigt enkelt. "

Forskare löser problemet vid glykan -screening

Mönstren för glykaner och glykanbindande proteiner på cellens membran kan skilja cancerceller från friska celler, kontrollcellernas roll i utvecklingen och bidrar till olika interaktioner mellan vuxna celler. Genetiska sjukdomar som påverkar cellernas förmåga att korrekt skapa glykaner kan förkorta livslängden och leda till muskuloskeletala problem.

Men att studera glykaner har varit notoriskt knepigt. Medan forskare vet hur man syntetiserar olika proteiner och DNA -molekyler i labbet, att skapa glykaner på begäran har varit kemiskt utmanande.

För att studera vilka proteiner i en cell som interagerar med glykanmolekyler, forskare har vanligtvis använt sig av glykanbindande matriser, där dussintals eller hundratals glykaner är fästa vid en glasskiva. Forskare exponerar sedan objektglaset för celler eller proteiner av intresse och observerar om cellerna eller proteinerna håller sig till glykanerna på objektglaset. Men att göra dessa matriser är tidskrävande och dyrt.

"Förr, om du ville göra en matris med 100 sockerarter, då var du tvungen att kemiskt syntetisera 100 sockerarter individuellt, vilket kan vara svårt, "säger Wu." Endast specialiserade kolhydratkemister kan göra dem i vissa laboratorier. "

Wu och hans kollegor bestämde sig istället för att utnyttja kraften hos de enzymer celler använder naturligt för att producera glykaner. Dessa enzymer arbetar stegvis för att skapa förgrenade glykaner - en liten bit socker tillverkas av ett specialiserat enzym, då skapar ett annat enzym nästa gren i kedjan, och så vidare. Forskarna fann att även strukturellt relaterade onaturliga sockerarter kan tillsättas på detta sätt.

Wu team började med muterade gnagare -äggstockceller som hade en mycket smal repertoar av glykaner på ytan. Detta var ett enklare system än att använda mänskliga celler med många typer av glykaner. Forskarna exponerade sedan cellerna för olika uppsättningar av glykanskapande enzymer för att kontrollera tillsatsen av kolhydratgrenar till glykanerna på varje cell.

Med denna metod, de skapade celluppsättningar var och en fylld med olika glykaner, inklusive onaturliga sådana.

"Den enda begränsningen är de enzymer som vi har tillgängliga, och det faktum att du måste börja med celler som redan har enkel glykosylering, "säger Wu." Men vi kunde skapa alla glykaner vi ville ha. "

Testar biblioteket

För att testa nyttan av den nya cellmatrisen, Wu och hans kollegor undersökte en rad celler, var och en visar olika glykaner, för att avgöra vilka som är bundna till Siglec-15, ett känt glykanbindande protein som spelar en roll vid benutveckling och ombyggnad. Siglec-15 anses vara ett potentiellt mål för läkemedel som behandlar postmenopausal osteoporos, så att förstå hur det interagerar med kolhydrater är avgörande. Teamet identifierade tre strukturer med stark bindning till Siglec-15.

Forskarna inkuberade sedan humana osteoprogenitorceller med muterade gnagare -äggstockceller som visar en av de tre strukturerna under differentiering. Teamet fann att denna process undertryckte bildandet av osteoklaster, en Siglec-15-uttryckande bencell som absorberar benvävnad under tillväxt och läkning. Detta fynd förstärker tanken att Siglec-15 är ett bra mål för osteoporosbehandlingar, och att den nya glykanscreeningsstrategin kan peka forskare på lovande nya läkemedel.

"Vi vet inte om detta kommer att användas i det breda samhället - det beror på tillgängligheten av enzymer och celler, "säger Wu." Men om en hel massa celler med enkla och homogena glykaner kan göras tillgängliga, det skulle vara enormt för fältet. "