Гликома
Полный набор всех сахаров, свободных или связанных, в организме.
Гликом состоит из гликопротеинов и гликолипидов .

Гликома — это полный набор всех сахаров , свободных или химически связанных в более сложных молекулах , организма . Альтернативное определение — совокупность углеводов в клетке . Гликома на самом деле может быть одним из самых сложных образований в природе . « Гликомика , аналогичная геномике и протеомике , — это систематическое изучение всех гликановых структур данного типа клеток или организма» и является подмножеством гликобиологии . [ 1]

« Углеводы », « гликан », « сахарид » и « сахар » — общие термины, используемые взаимозаменяемо в данном контексте и включающие моносахариды , олигосахариды , полисахариды и производные этих соединений. Углеводы состоят из «гидратированного углерода», то есть [CH2O ] n. Моносахариды — это углеводы, которые не могут быть гидролизованы в более простые углеводы и являются строительными блоками олигосахаридов и полисахаридов. Олигосахариды — это линейные или разветвленные цепи моносахаридов, соединенных друг с другом с помощью гликозидных связей. Количество моносахаридных единиц может варьироваться. Полисахариды — это гликаны, состоящие из повторяющихся моносахаридов, обычно более десяти моносахаридных единиц в длину. [2]

Гликом превосходит сложность протеома в результате еще большего разнообразия составляющих его углеводов и еще больше усложняется огромным множеством возможностей в сочетании и взаимодействии углеводов друг с другом и с белками . «Спектр всех гликановых структур — гликом — огромен. У людей его размер на порядки больше, чем количество белков, кодируемых геномом, один процент которого кодирует белки, которые создают, изменяют, локализуют или связывают сахарные цепи, известные как гликаны». [3]

Внешняя поверхность клетки представляет собой море липидов с флотом молекул сахара, многие из которых прикреплены к белкам, жирам или и к тому, и к другому, которые взаимодействуют с молекулами вне клетки и имеют решающее значение для коммуникации между клетками и липкости клетки. «Гликаны — это биологические модификаторы природы», — говорит Джейми Март, исследователь из Медицинского института Говарда Хьюза в Калифорнийском университете в Сан-Диего . «Гликаны, как правило, не включают и не выключают физиологические процессы, а изменяют поведение клетки, реагируя на внешние стимулы». [4]

Инструменты, используемые для исследования гликома

Ниже приведены примеры наиболее часто используемых методов анализа гликанов: [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. [6] 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). [7] 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. [8]

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

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 изобарных структур 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. [9]

В последние годы высокоэффективная жидкостная хроматография в режиме онлайн, сопряженная с масс-спектрометрией, стала очень популярной. Выбрав пористый графитовый углерод в качестве неподвижной фазы для жидкостной хроматографии, можно анализировать даже недериватизированные гликаны. Детектирование здесь осуществляется с помощью масс-спектрометрии, но вместо MALDI -MS чаще используется электрораспылительная ионизация ( ESI ). [10] [11] [12]

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. [13] [14]

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

ПреимуществаНедостатки
  • Применимо для небольших количеств образцов (нижний диапазон фмоль)
  • Полезно для сложных смесей гликанов (создание дополнительного измерения анализа).
  • Стороны прикрепления можно проанализировать с помощью тандемных экспериментов по масс-спектрометрии (анализ гликанов, специфичных для каждой стороны).
  • Секвенирование гликанов с помощью тандемных экспериментов с масс-спектрометрией.
  • Разрушительный метод.
  • Необходимость надлежащего экспериментального дизайна.

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 скринировать 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.).

Смотрите также

Источники и примечания

  1. ^ Cold Spring Harbor Laboratory Press Основы гликобиологии, второе издание
  2. ^ Основы гликобиологии
  3. ^ Freeze, Hudson H. (2006-07-01). «Генетические дефекты в человеческом гликоме». Nature Reviews Genetics . 7 (7): 537–551. doi :10.1038/nrg1894. ISSN  1471-0056. PMID  16755287.
  4. ^ Триведи, Биджал П. (14 мая 2001 г.). «Проект гликома — предложение, покрытое сахаром». Genome News Network. Архивировано из оригинала 25 мая 2022 г.
  5. ^ Основы гликобиологии (2-е изд.). Cold Spring Harbor Laboratory Press. 2009. ISBN 9780879697709.
  6. ^ 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.
  7. ^ 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.
  8. ^ 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.
  9. ^ 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.
  10. ^ 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.
  11. ^ Pabst M, Bondili JS, Stadlmann J, Mach L, Altmann F (июль 2007 г.). «Масса + время удерживания = структура: 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.
  12. ^ 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.
  13. ^ 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. 
  14. ^ 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. 

Дальнейшее чтение

  • Bio-IT World — периодическое издание, посвященное гликомике
  • Hirabayashi J, Arata Y, Kasai K (февраль 2001 г.). «Проект Glycome: концепция, стратегия и предварительное применение к Caenorhabditis elegans ». Proteomics . 1 (2): 295–303. doi :10.1002/1615-9861(200102)1:2<295::AID-PROT295>3.0.CO;2-C. PMID  11680876. S2CID  42203562.(Предложение основать проект гликома на Caenorhabditis elegans , микроскопическом черве, весь геном которого уже секвенирован)
  • «ГликоЧип»
  • Семинар Кэролин Бертоцци: «Химическая гликобиология»
  • «Проект «Человеческий гликом».
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Glycome&oldid=1215275731"