stringtranslate.com

Гликомикс

Гликомика — это всестороннее изучение гликомов [1] (полного набора сахаров , как свободных, так и присутствующих в более сложных молекулах организма ), включая генетические, физиологические, патологические и другие аспекты. [2] [3] Гликомика — это «систематическое изучение всех гликановых структур данного типа клеток или организма» и является подмножеством гликобиологии . [4] Термин гликомика происходит от химического префикса, обозначающего сладость или сахар, «глико-», и был сформирован в соответствии с соглашением об именовании омикс , установленным геномикой (которая имеет дело с генами ) и протеомикой (которая имеет дело с белками ).

Вызовы

Эта область исследований имеет дело с присущим ей уровнем сложности, не встречающимся в других областях прикладной биологии. [5] 68 строительных блоков (молекулы для ДНК, РНК и белков; категории для липидов; типы сахарных связей для сахаридов) обеспечивают структурную основу для молекулярной хореографии, которая составляет всю жизнь клетки. ДНК и РНК имеют по четыре строительных блока каждая ( нуклеозиды или нуклеотиды ). Липиды делятся на восемь категорий на основе кетоацила и изопрена . Белки имеют 20 ( аминокислоты ). Сахариды имеют 32 типа сахарных связей. [6] Хотя эти строительные блоки могут быть присоединены только линейно для белков и генов, они могут быть организованы в разветвленном массиве для сахаридов, что еще больше увеличивает степень сложности.

Добавьте к этому сложность многочисленных белков, участвующих не только в качестве носителей углеводов, гликопротеинов , но и белков, специально участвующих в связывании и взаимодействии с углеводами:

Важность

Чтобы ответить на этот вопрос, нужно знать различные и важные функции гликанов. Ниже приведены некоторые из этих функций:

Существуют важные медицинские применения некоторых аспектов гликомики:

Гликомика особенно важна в микробиологии, поскольку гликаны играют разнообразные роли в физиологии бактерий. [7] Исследования в области бактериальной гликомики могут привести к разработке:

Используемые инструменты

Ниже приведены примеры наиболее часто используемых методов анализа гликанов [4] [5]

Масс-спектрометрия высокого разрешения (МС) и высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ)

Наиболее часто применяемыми методами являются МС и ВЭЖХ , в которых гликановая часть отщепляется либо ферментативно, либо химически от мишени и подвергается анализу. [8] В случае гликолипидов их можно анализировать напрямую, без разделения липидного компонента.

N- гликаны из гликопротеинов обычно анализируются с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (обращенно-фазовая, нормально-фазовая и ионообменная ВЭЖХ) после мечения восстанавливающего конца сахаров флуоресцентным соединением (восстановительная маркировка). [9] В последние годы было введено большое количество различных меток, среди которых 2-аминобензамид (AB), антраниловая кислота (AA), 2-аминопиридин (PA), 2-аминоакридон (AMAC) и 3-(ацетиламино)-6-аминоакридин (AA-Ac) — вот лишь некоторые из них. [10]

О- гликаны обычно анализируются без каких-либо меток, поскольку условия химического высвобождения не позволяют их маркировать. [11]

Фракционированные гликаны из инструментов высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) могут быть дополнительно проанализированы с помощью MALDI -TOF-MS(MS) для получения дополнительной информации о структуре и чистоте. Иногда пулы гликанов анализируются напрямую с помощью масс-спектрометрии без предварительного фракционирования, хотя различение между изобарной структурой гликанов является более сложным или даже не всегда возможным. В любом случае, прямой анализ MALDI -TOF-MS может привести к быстрой и простой иллюстрации пула гликанов. [12]

В последние годы высокоэффективная жидкостная хроматография в сочетании с масс-спектрометрией стала очень популярной. Выбрав пористый графитовый углерод в качестве неподвижной фазы для жидкостной хроматографии, можно анализировать даже недериватизированные гликаны. Для этого часто используется электрораспылительная ионизация ( ESI ). [13] [14] [15]

Мониторинг множественных реакций (MRM)

Хотя MRM широко используется в метаболомике и протеомике, его высокая чувствительность и линейный отклик в широком динамическом диапазоне делают его особенно подходящим для исследования и открытия биомаркеров гликанов. MRM выполняется на приборе с тройным квадруполем (QqQ), который настроен на обнаружение заранее определенного прекурсорного иона в первом квадруполе, фрагментированного в квадруполе столкновения и заранее определенного фрагментного иона в третьем квадруполе. Это несканирующая техника, в которой каждый переход обнаруживается индивидуально, а обнаружение нескольких переходов происходит одновременно в рабочих циклах. Эта техника используется для характеристики иммунного гликома. [16] [17] [18]

Таблица 1 : Преимущества и недостатки масс-спектрометрии в анализе гликанов

Массивы

Массивы лектинов и антител обеспечивают высокопроизводительный скрининг многих образцов, содержащих гликаны. Этот метод использует либо природные лектины , либо искусственные моноклональные антитела , где оба иммобилизованы на определенном чипе и инкубируются с образцом флуоресцентного гликопротеина.

Гликановые массивы, подобные тем, что предлагаются Консорциумом функциональной гликомикс и Z Biotech LLC, содержат углеводные соединения, которые можно исследовать с помощью лектинов или антител для определения углеводной специфичности и идентификации лигандов.

Метаболическая и ковалентная маркировка гликанов

Метаболическая маркировка гликанов может использоваться как способ обнаружения гликановых структур. Хорошо известная стратегия включает использование азид -меченых сахаров, которые могут реагировать с помощью лигирования Штаудингера . Этот метод использовался для визуализации гликанов in vitro и in vivo.

Инструменты для гликопротеинов

Рентгеновская кристаллография и спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) для полного структурного анализа сложных гликанов являются сложной и комплексной областью. Однако структура сайта связывания многочисленных лектинов , ферментов и других углеводсвязывающих белков выявила большое разнообразие структурной основы функции гликома. Чистота тестовых образцов была получена с помощью хроматографии ( аффинной хроматографии и т. д.) и аналитического электрофореза ( ПААГ (полиакриламидный электрофорез) , капиллярный электрофорез , аффинный электрофорез и т. д.).

Программное обеспечение и базы данных

Для гликомикологических исследований доступно несколько онлайн-программ и баз данных. Сюда входят:

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Радд, Полин; Карлссон, Никлас Г.; Ху, Кей-Хуи; Пакер, Николь Х. (2017). «Глава 51: Гликомика и гликопротеомика». В Varki, Аджит (ред.). Основы гликобиологии (третье изд.). Колд Спринг Харбор, Нью-Йорк. ISBN 9781621821328.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  2. ^ Аоки-Киношита КФ; Льюиттер, Фрэн (май 2008 г.). Льюиттер, Фрэн (ред.). «Введение в биоинформатику для исследований гликомикса». PLOS Comput. Biol . 4 (5): e1000075. Bibcode : 2008PLSCB ...4E0075A. doi : 10.1371/journal.pcbi.1000075 . PMC 2398734. PMID  18516240. 
  3. ^ Шривастава С. (май 2008 г.). «Подвинься, протеомика, вот и гликомика». J. Proteome Res . 7 (5): 1799. doi :10.1021/pr083696k. PMID  18509903.
  4. ^ ab Основы гликобиологии (2-е изд.). Cold Spring Harbor Laboratory Press. 2009. ISBN 978-087969770-9.
  5. ^ ab Aizpurua-Olaizola, O.; Toraño, J. Sastre; Falcon-Perez, JM; Williams, C.; Reichardt, N.; Boons, G.-J. (2018). «Масс-спектрометрия для обнаружения биомаркеров гликанов». TrAC Trends in Analytical Chemistry . 100 : 7–14. doi :10.1016/j.trac.2017.12.015. hdl : 1874/364403 .
  6. ^ Статья новостей ucsd « Действительно ли 68 молекул являются ключом к пониманию болезней?» опубликована 3 сентября 2008 г.
  7. ^ Рид, Кристофер В. (2012). Бактериальная гликомика: современные исследования, технологии и приложения . Норфолк, Великобритания: Caister Academic Press . ISBN 978-1-904455-95-0.
  8. ^ Wada Y, Azadi P, Costello CE и др. (апрель 2007 г.). «Сравнение методов профилирования гликопротеиновых гликанов — многопрофильное исследование HUPO Human Disease Glycomics/Proteome Initiative». Glycobiology . 17 (4): 411–22. doi : 10.1093/glycob/cwl086 . PMID  17223647.
  9. ^ Hase S, Ikenaka T, Matsushima Y (ноябрь 1978 г.). «Структурный анализ олигосахаридов путем мечения восстанавливающих концевых сахаров флуоресцентным соединением». Biochem. Biophys. Res. Commun . 85 (1): 257–63. doi :10.1016/S0006-291X(78)80037-0. PMID  743278.
  10. ^ Пабст М., Коларих Д., Пёльтл Г. и др. (январь 2009 г.). «Сравнение флуоресцентных меток для олигосахаридов и введение нового метода очистки после маркировки». Anal. Biochem . 384 (2): 263–73. doi :10.1016/j.ab.2008.09.041. PMID  18940176.
  11. ^ Карлссон, Никлас Г.; Джин, Чуньшэн; Рохас-Масиас, Мигель А.; Адамчик, Барбара (2017). «Следующее поколение O-связанных гликомиксов». Тенденции в гликонауке и гликотехнологии . 299 (166): E35–E46. doi : 10.4052/tigg.1602.1E .
  12. ^ Harvey DJ, Bateman RH, Bordoli RS, Tyldesley R (2000). «Ионизация и фрагментация сложных гликанов с помощью квадрупольного времяпролетного масс-спектрометра, оснащенного источником ионов с лазерной десорбцией/ионизацией с помощью матрицы». Rapid Commun. Mass Spectrom . 14 (22): 2135–42. Bibcode : 2000RCMS...14.2135H. doi : 10.1002/1097-0231(20001130)14:22<2135::AID-RCM143>3.0.CO;2-#. PMID  11114021.
  13. ^ Шульц, BL; Пакер NH, NH; Карлссон, NG (декабрь 2002 г.). «Маломасштабный анализ O-связанных олигосахаридов из гликопротеинов и муцинов, разделенных гель-электрофорезом». Anal. Chem . 74 (23): 6088–97. doi :10.1021/ac025890a. PMID  12498206.
  14. ^ Pabst M, Bondili JS, Stadlmann J, Mach L, Altmann F (июль 2007 г.). «Масса плюс время удерживания равняется структуре: стратегия анализа N-гликанов с помощью углеродной ЖХ-ЭСИ-МС и ее применение к N-гликанам фибрина». Anal. Chem . 79 (13): 5051–7. doi :10.1021/ac070363i. PMID  17539604.
  15. ^ Ruhaak LR, Deelder AM, Wuhrer M (май 2009). «Анализ олигосахаридов методом жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии на графитированном углероде». Anal Bioanal Chem . 394 (1): 163–74. doi : 10.1007/s00216-009-2664-5 . PMID  19247642. S2CID  43431212.
  16. ^ Флауэрс, SA; Лейн, CS; Карлссон, NG (11 июля 2019 г.). «Расшифровка изомеров с помощью метода мониторинга множественных реакций для полного обнаруживаемого репертуара O -гликанов терапевтического препарата-кандидата, лубрицина». Аналитическая химия . 91 (15): 9819–9827. doi :10.1021/acs.analchem.9b01485. PMID  31246420. S2CID  195759019.
  17. ^ Maverakis E, Kim K, Shimoda M, Gershwin M, Patel F, Wilken R, Raychaudhuri S, Ruhaak LR, Lebrilla CB (2015). «Гликаны в иммунной системе и теория аутоиммунитета на основе измененных гликанов». J Autoimmun . 57 (6): 1–13. doi :10.1016/j.jaut.2014.12.002. PMC 4340844 . PMID  25578468. 
  18. ^ Флауэрс, Сара А.; Али, Лиакат; Лейн, Кэтрин С.; Олин, Магнус; Карлссон, Никлас Г. (2013-04-01). «Выбранный мониторинг реакции для дифференциации и относительного количественного определения изомеров сульфатированных и несульфатированных O-гликанов ядра 1 из белка слюны MUC7 при ревматоидном артрите». Молекулярная и клеточная протеомика . 12 (4): 921–931. doi : 10.1074/mcp.M113.028878 . ISSN 1535-9484  . PMC 3617339. PMID  23457413. 

Внешние ссылки