Forskare vid Université de Montréals avdelning för kemi har utvecklat en ny fluorogen sond som kan användas för att upptäcka och studera interaktioner mellan två familjer av biomolekyler som är livsnödvändiga:sockerarter och proteiner.
Resultaten av professor Samy Cecioni och hans studenter, som öppnar dörren till ett brett spektrum av tillämpningar, publicerades i mitten av oktober i Angewandte Chemie International Edition .
Socker är allestädes närvarande i våra liv, närvarande i nästan all mat vi äter. Men betydelsen av dessa enkla kolhydrater sträcker sig långt bortom läckra desserter. Sockerarter är avgörande för praktiskt taget alla biologiska processer i levande organismer och det finns en stor mångfald av naturligt förekommande sockermolekyler.
"Alla celler som utgör levande organismer är täckta av ett lager av sockerbaserade molekyler som kallas glykaner", säger Cecioni. "Socker är därför i frontlinjen av nästan alla fysiologiska processer och spelar en grundläggande roll för att upprätthålla hälsa och förebygga sjukdomar."
"Under lång tid", tillade han, "trodde forskare att de komplexa sockerarterna som finns på ytan av celler helt enkelt var dekorativa. Men vi vet nu att dessa sockerarter interagerar med många andra typer av molekyler, särskilt med lektiner, en stor familj av proteiner."
Liksom sockerarter finns lektiner i alla levande organismer. Dessa proteiner har den unika förmågan att känna igen och tillfälligt binda sig till sockerarter. Sådana interaktioner förekommer i många biologiska processer, till exempel under immunsvaret som utlöses av en infektion.
Lektiner väcker stor uppmärksamhet nu för tiden. Detta beror på att forskare har upptäckt att fenomenet att lektiner "fastnar" på sockerarter spelar en nyckelroll i uppkomsten av många sjukdomar.
"Ju mer vi studerar interaktionerna mellan sockerarter och lektiner, desto mer inser vi hur viktiga de är i sjukdomsprocesser", säger Cecioni. "Studier har visat hur sådana interaktioner är involverade i bakterier som koloniserar våra lungor, virus som invaderar våra celler, till och med cancerceller som lurar vårt immunsystem att tro att de är friska celler."
Det saknas fortfarande många bitar i pusslet om hur interaktioner mellan sockerarter och lektiner utvecklas eftersom de är så svåra att studera. Detta beror på att dessa interaktioner är övergående och svaga, vilket gör upptäckten till en verklig utmaning.
Två av Cecionis studenter, magisterkandidaten Cécile Bousch och Ph.D. kandidat Brandon Vreulz, hade idén att använda ljus för att upptäcka dessa interaktioner. De tre forskarna började arbeta för att skapa en sorts kemisk sond som kan "frysa" mötet mellan socker och lektin och göra det synligt genom fluorescens.
Interaktionen mellan socker och lektin kan beskrivas med ett "lås och nyckel"-förhållande, där "nyckeln" är sockret och "låset" är lektinet. Kemister har redan skapat molekyler som kan blockera denna lås-och-nyckel-interaktion och kan nu identifiera exakt vilka sockerarter som binder till lektiner av stort intresse för människors hälsa.
"Vår idé var att märka sockermolekyler med en kromofor, en kemikalie som ger en molekyl dess färg", förklarade Cecioni. "Kromoforen är faktiskt fluorogen, vilket innebär att den kan bli fluorescerande om bindningen av socker med lektinet effektivt fångas upp. Forskare kan sedan studera mekanismerna bakom dessa interaktioner och de störningar som kan uppstå."
Cecioni och hans elever är övertygade om att deras teknik kan användas med andra typer av molekyler. Det kan till och med vara möjligt att kontrollera färgen på nya fluorescensmärkta prober som skapas.
Genom att göra det möjligt att visualisera interaktioner mellan molekyler ger denna upptäckt forskare ett värdefullt nytt verktyg för att studera biologiska interaktioner, av vilka många är avgörande för människors hälsa.
Mer information: Cécile Bousch et al, Fluorogenic Photo-Crosslinking of Glycan-Binding Protein Recognition Using a Fluorinated Azido-Coumarin Fucoside, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202314248
Journalinformation: Angewandte Chemie International Edition
Tillhandahålls av University of Montreal
