Un nou instrument extrem de selectiv pentru a descompune „ignorantul”

Woo și laboratorul ei au creat un creion / radier pentru a scrie și șterge un zahăr important din proteine, un pas crucial în înțelegerea modului în care aceste zaharuri afectează proteinele și asocierea lor cu boli precum Alzheimer și Parkinson. Credit: Chris Snibbe / Universitatea Harvard

Cercetătorii dezvoltă un nou instrument extrem de selectat pentru a studia proteinele „reale” prin zaharurile de care depind.

Zahărul este numit „rău”, „toxic” și „otravă”. Dar organismul are nevoie și de zaharuri. Moleculele de zahăr ajută celulele să recunoască și să lupte împotriva virusurilor și bacteriilor, proteine ​​ale vaselor de la celulă la celulă și asigură funcționarea acestor proteine. Prea mult sau prea puțin poate contribui la o serie de boli, inclusiv la boli neurodegenerative Alzheimer, inflamație, diabet și chiar cancer.

Aproximativ 85 la sută din proteine, inclusiv cele legate de Alzheimer și Parkinson, nu se află la îndemâna medicamentelor actuale. Un zahăr critic și abundent (O-GlcNAc, pronunțat o-glick-nack) se găsește în peste 5.000 de proteine, adesea cele considerate „nespuse”. Dar acum, cercetătorii de la Universitatea Harvard au dezvoltat un nou creion și radier O-GlcNAc extrem de selectiv – instrumente care pot adăuga sau elimina zahărul dintr-o proteină fără efecte în afara țintei – pentru a examina exact ce fac aceste zaharuri și, în cele din urmă, pentru inginerie în tratamente noi pentru „neatinsul”.

„Acum putem începe să studiem anumite proteine ​​și să vedem ce se întâmplă atunci când adăugați sau eliminați zahăr”, a declarat Daniel Ramirez, co-autor al lucrării publicate în Biologia chimică a naturii și un doctorat candidat la științe biologice și biomedicale la Școala Postuniversitară de Arte și Științe. „Acest lucru se dovedește a fi foarte important pentru multe boli cronice, cum ar fi cancerul și diabetul și Alzheimer.”

Ramirez a proiectat creionul original O-GlcNAc, care a fost raportat în Biologia chimică a SCA.

„Suntem pe iPhone, practic, dar deja lucrăm la generațiile viitoare.”
Daniel Ramirez, doctorat candidat în științe biologice și biomedicale și coautor al unei lucrări în Biologia chimică a naturii

Toate celulele poartă o serie de zaharuri (numite glicani), dar sunt extrem de greu de studiat. Dispozitivele actuale fie oferă o vizualizare în unghi larg (activarea sau dezactivarea tuturor O-GlcNAc dintr-o celulă), fie o vizualizare cu zoom ultra (activarea sau dezactivarea unui singur zahăr într-un amino acid într-o proteină). Niciuna dintre aceste perspective nu poate arăta ce fac moleculele O-GlcNAc asupra unei proteine ​​în ansamblu, penetrarea esențială care ar permite cercetătorilor să lege picăturile O-GlcNAc de boală.

„Abordându-ne nivelul de proteine, compensăm o piesă lipsă semnificativă”, a declarat Christina Woo, profesor asociat de chimie și biologie chimică, care a condus studiul. Instrumentul ei de laborator este ca un vas călduț Goldilocks: Nu prea larg, nu prea specific. Exact.

Monitorizarea efectului asupra proteinelor din celule

Prin divizarea enzimelor pentru a-și crea propriile instrumente de editare, echipa de cercetare a prevenit toate efectele în afara țintei; cea mai recentă imagine din acest panou arată că enzimele condensate nu afectează localizarea proteinelor în celulă. Credit: Amabilitatea Woo Lab

„Odată ce ai o proteină de interes”, a spus primul autor și cercetător postdoctoral Yun Ge, „poți aplica acest instrument proteinei respective și să vezi rezultatele direct”. Ge a proiectat cauciucul O-GlcNAc, care, la fel ca creionul, folosește un nanocorp ca dispozitiv de transformare a proteinelor. Instrumentul este, de asemenea, adaptabil; atâta timp cât există un nanocorp pentru o proteină selectată, instrumentul poate fi modificat pentru a viza orice proteină pentru care există un nanocorp.

Nanocorpul este o componentă esențială, dar există limitări: dacă rămâne sau nu atașat la proteina țintă este încă în discuție, iar molecula poate schimba funcția sau structura proteinei odată ce este atașată. Dacă modificările celulare nu pot fi legate în mod concludent de zahărul din proteine, acest lucru confundă datele.

Pentru a satisface aceste potențiale limitări, echipa și-a creat creioanele și radierele pentru a fi „moarte catalitic”, a spus Woo. Enzimele sterilizate nu vor face modificări nedorite de-a lungul drumului către proteina țintă. Și pot adăuga și elimina zaharuri, spre deosebire de remediile anterioare, care provoacă modificări permanente. Desigur, odată ce asociază o funcție proteică specifică cu O-GlcNAc, pot folosi aceste instrumente pentru a mări și localiza exact locul în care aceste zaharuri sunt blocate și proteina modificată.

Proteine ​​incontrolabile

Woo și laboratorul ei au conceput un nou instrument extrem de selectat pentru a studia proteinele „nedureroase” prin zaharurile de care depind. Credit: Imaginea este acordată de Woo Lab

Deja, unii colaboratori ai laboratorului Woo folosesc combinația creion / radieră pentru a studia O-GlcNAc la animale vii. Una, de exemplu, este utilizarea muștelor de fructe pentru a studia modul în care zahărul afectează o proteină asociată bolii Alzheimer. Zahărul este, de asemenea, asociat cu progresia bolii Parkinson: „Dacă primiți mai puțină glucoză”, a spus co-autorul Ramirez, „atunci nu puteți produce acest zahăr în interiorul celulelor”. Aceasta înseamnă că organismul nu poate asimila zaharurile în proteine, ceea ce determină modificări extinse în celule, exacerbând boala. În cazul diabetului zaharat, excesul de zahăr provoacă perturbări similare la nivel global; iar celulele canceroase tind să mănânce multe zaharuri. Acum, cu perechea de creioane / radiere de laborator Woo, cercetătorii pot identifica exact modul în care aceste zaharuri afectează diferite proteine ​​și pot începe să proiecteze medicamente pentru a inversa efectele negative.

Apoi, echipa intenționează să-și actualizeze vehiculul pentru a obține un control și mai mare. De exemplu, cu optogenetica, pot activa sau dezactiva zaharurile numai cu un flux ușor. Schimbând nanoparticule pentru molecule mici (utilizate în modelul tradițional de medicină), acestea pot fi mai aproape de noi tratamente. Ei proiectează, de asemenea, o anvelopă pentru gumă – un instrument cu un comutator de ucidere – și intenționează să includă nanobrops care pot viza o proteină naturală (pentru acest studiu, au etichetat proteinele astfel încât nanocorpii să le poată găsi). „Încercăm practic să facem sistemul mai natural și să funcționăm așa cum funcționează celula”, a spus Ramirez.

Woo intenționează, de asemenea, să investigheze modul în care O-GlcNAc poate afecta în mod tradițional proteinele „reale” numite factori de transcripție, care activează și opresc genele. Dacă O-GlcNAc joacă un rol în acest proces, zaharurile pot fi construite și pentru a studia și regla funcția genică.

“Chiar nu știm ce vor găsi oamenii odată ce le vom oferi aceste instrumente”, a spus Ramirez. Instrumentul poate fi nou, dar potențialul este imens: „Suntem pe iPhone, practic”, a continuat el, „dar deja lucrăm la generațiile viitoare”.

Referință: „Deglicozilarea proteinei țintă în celulele vii dintr-un O-GlcNAcase fuzionat cu nanobodiu” de Yun Ge, Daniel H. Ramirez, Bo Yang, Alexandria K. D’Souza, Chanat Aonbangkhen, Stephanie Wong și Christina M Woo, în vârstă de 8 ani 2021, Biologia chimică a naturii.
DOI: 10.1038 / s41589-021-00757-y

Această lucrare a fost parțial finanțată de Institutele Naționale de Sănătate, Fondul Burroughs Wellcome, Institutul Științific și Fundația Alfred P. Sloan.

Autori suplimentari pe hârtie sunt: ​​Bo Yang, Alexandria K. D’Souza, Chanat Aonbangkhen și Stephanie Wong

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Nanofibrele centrifugale multifuncționale pun un nou efect asupra măștilor COVID-19

Figura (A) Ilustrația schematică a procesului de producție a nanofibrelor polimerului centrifug polimer multispinning. (B) Nanofibrele polimerice sunt rotite de sistem. O...

Arheologii găsesc dovezi din monumentele de câini domestici din Peninsula Arabică Antică

Situat în regiunea tărâmurilor Alula, în nord-vestul Arabiei Saudite, acest cimitir este acum rar construit pe pământ pentru Arabia Neolitică-Calcolitică și este un ajutor...

Pe măsură ce straturile de gheață s-au topit, nivelul mării a crescut până la 18 metri

Se știe că creșterea nivelului mării datorită schimbărilor climatice este o amenințare majoră. Noile cercetări au arătat că evenimentele anterioare de pierdere a...

Oamenii de știință identifică genele umane care luptă împotriva infecției cu SARS-CoV-2

Vedere microscopică a coronavirusului. Credit: Yeti punctat Cercetările indică controlul genelor care stimulează interferonul SARS-CoV-2 Copie Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebis au...

Noua tehnică „Mașina timpului” dezvăluită pentru măsurarea celulei

Celulele dendritice (roșii / verzi co-colorate) într-un folicul limfoid (fragment de peyer) drenează intestinul (albastru). Credit: Wang Cao și Shengbo Zhang, WEHI Utilizând o...

Newsletter

Subscribe to stay updated.