Liksom de människor de utgör, kommunicerar celler genom att stöta på varandra och utbyta handslag. Till skillnad från människor utför celler dessa handslag med hjälp av det mångsidiga utbudet av sockermolekyler som täcker deras yta som träd som täcker ett landskap. Handslag mellan dessa sockermolekyler, eller glykaner, får cellerna att reagera på specifika sätt mot varandra, som att fly, ignorera eller förstöra.
Att ta reda på "kroppsspråket" för glykaner under dessa handslag kan ge ledtrådar till hur cancer, infektioner och immunsystem fungerar, såväl som lösningar på hälso- och hållbarhetsutmaningar som samhället står inför idag.
Varje glykanmolekyl består av ett nätverk av individuella sockermolekyler som är sammanbundna. Det stora antalet möjliga glykanstrukturer som kan byggas genom att koppla samman dessa sockermolekyler gör att glykaner kan lagra rik information.
Eftersom alla levande celler är täckta med sockerarter fungerar glykaner som ID-kort för celler. De visar cellens identitet, till exempel om det är en bakterie eller mänsklig cell, och dess tillstånd, till exempel om den är frisk eller cancer, för resten av kroppen och låter andra celler känna igen och svara på den. Till exempel tillåter dessa identifierande tecken våra immunceller att känna igen och rensa ut skadliga bakterier och cancerceller samtidigt som de lämnar friska celler i fred.
Ett exempel på hur glykanlagrad information är viktig för det dagliga livet är din blodgrupp. Glykaner är kemiskt bundna till proteiner och lipider på ytan av röda blodkroppar. I synnerhet har ytan på röda blodkroppar typ A glykaner som skiljer sig från glykanerna på ytan av röda blodkroppar av typ B och typ O. Att veta vilken blodgrupp du har är viktigt för att undvika ett oönskat immunsvar under blodtransfusioner.
Proteiner dekorerade med glykaner, eller glykoproteiner, och lipider dekorerade med glykaner, eller glykolipider, är allmänt förekommande i naturen.
Till exempel täcker distinkta glykoproteiner ytan på virusen som orsakar covid-19, HIV och H1N1-influensa och hjälper dem att infektera celler. Glykolipider täcker också många bakterier, vilket gör att de kan fastna på sina värdar och skydda dem från virus och immunceller.
Mer nyligen upptäckte forskare bitar av genetiskt material dekorerade med glykaner på ytorna av däggdjursceller, vilket utmanade den långvariga uppfattningen att genetiskt material bara kunde hittas i cellkärnan och startade forskning för att fastställa dessa glykaners funktioner. En nyligen genomförd studie visade att dessa molekyler är avgörande för att attrahera immunceller mot infekterade eller skadade vävnader.
Förutom den rika biologiska information som finns i glykaner, gör deras lättillgängliga placeringar på cellytor dem mycket attraktiva mål i vetenskaplig forskning och läkemedelsutveckling.
Celler känner av glykaner på ytan av andra celler genom att bland annat använda proteiner som kallas lektiner. Varje lektin har ett unikt område som gör att det kan binda till glykaner med en specifik matchningssekvens, vilket utlöser komplexa signaler som leder till en biologisk verkan.
Till exempel kan en underfamilj av lektiner som kallas lektiner av C-typ känna igen de specifika glykanerna på ytterväggarna av skadliga virus, svampar och bakterier. Finns på ytor av vissa immunceller, dessa lektiner levererar glykanerna till proteiner på andra immunceller som nu selektivt kan förstöra alla virus eller celler som bär den glykanen. Denna process gör det möjligt för immunsystemet att rensa kroppen från skadliga patogener. Till exempel känner dessa lektiner igen glykaner på ytan av cancerceller och styr andra immunceller att eliminera dessa cancerceller.
En annan typ av lektin som kallas siglecs finns på immuncellers ytor och hjälper dem att skilja sig själv från icke-jaget, det vill säga mellan cellerna som utgör kroppen och cellerna som är främmande för kroppen. Eftersom siglecs är involverade i att kontrollera hur immunsystemet svarar på många cancerformer, allergier, autoimmuna sjukdomar och neurodegeneration, erbjuder de en möjlighet att behandla dessa tillstånd.
Den tidiga framgången för glykanbaserade läkemedel exemplifieras av Pfizers Prevnar-vaccin för att förhindra bakteriell lunginflammation, som godkändes av Food and Drug Administration 2010. Prevnar innehåller glykaner från olika stammar av Streptococcus pneumoniae, den främsta orsaken till bakteriell lunginflammation hos barn och vuxna. De bakteriella glykanerna i vaccinet utlöser ett immunsvar när immunceller känner igen glykanerna som främmande hot. När immunceller lär sig att neutralisera hotet, blir kroppen immun mot framtida invasion av bakterier med samma glykaner.
Eftersom forskare fortfarande inte kan extrahera all biologisk information i glykaner, har deras fulla potential som behandlingar förblivit outnyttjad. Att heltäckande extrahera all information som lagras i glykaner är mycket svårt eftersom det för närvarande inte finns någon teknik som kan analysera de komplexa och mångsidiga strukturerna hos glykaner. Forskare vet fortfarande inte hur dessa "sockerkoder" ser ut och hur de fungerar.
Enskilda glykaner är sammansatta av sockermolekyler i unika arrangemang, men nuvarande analysverktyg kan bara analysera många glykaner samtidigt. För att se varför detta är ett problem för analys, föreställ dig alla glykaner i en cell som godis i en burk. Vissa av dem har samma färger och andra inte. Det skulle vara svårt att identifiera och kvantifiera färgen på varje godis i burken om du inte kan hälla ut dem för att sortera igenom var och en av dem individuellt.
Mitt labb möter denna utmaning genom att utveckla bildteknik som kan analysera strukturen av glykaner genom att avbilda varje enskild molekyl. I grund och botten utvecklar vi en teknik för att öppna burken och studera varje godis en i taget.
I det långa loppet strävar mitt team efter att avslöja hur dessa glykaner presenterar sig för de proteiner som känner igen dem och, slutligen, avslöja själva språket som celler använder för att uttrycka sig.
Tillhandahålls av The Conversation
Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln. 
