Шта је људски гликем? Како су научници откључали Шећерни код

Када помислите на шећер, вероватно помислите на слатки, бели, кристални столни шећер који користите да направите колачиће или засладите кафу. Али јесте ли знали да унутар нашег тијела, једноставни молекули шећера могу бити повезани заједно како би створили моћне структуре које су недавно откривене као повезане са здравственим проблемима, укључујући рак, старење и аутоимуне болести.

Ови дуги ланци шећера који покривају сваку од наших ћелија зову се гликани, а према Националној академији наука, креирање мапе њихове локације и структуре довешће нас у нову еру модерне медицине. То је зато што људски глицоме - цијела збирка шећера у нашем тијелу - садржи још-да-се-откривени гликани с потенцијалом да помогне лијечницима у дијагностицирању и лијечењу својих пацијената.

Захваљујући светској пажњи коју је стекао 2003. завршетком Пројекта људског генома, већина људи је чула за ДНК, геномику, па чак и за протеомику - проучавање протеина. Али проучавање гликана, такође познато као гликомика, је око 20 година иза оних других области. Један од разлога за ово заостајање је то што научници нису развили алате за брзо препознавање гликанских структура и њихових локација везивања на људске ћелије. "Шећерна длака" је донекле мистериозна.

До сада, то јест.

Док се већина лабораторија фокусира на станична или молекуларна истраживања, наша лабораторија је посвећена развоју технологије за брзо карактеризирање гликанских структура и њихових локација за везивање. Наш крајњи циљ је да каталогизирамо стотине хиљада шећера и њихове локације на различитим типовима ћелија, а затим да користимо ове информације за прилагођавање медицинских терапија сваком појединцу.

Овај видео можете да вам се допада и са Инверсе:

Зашто се бринемо о гликанима?

У будућности, вероватно је да ће се анализа гликана појединца користити за предвиђање нашег ризика за развој болести као што су реуматоидни артритис, рак или чак алергије на храну. То је због тога што се измене гликола могу специфично везати за одређена стања болести. Такође, биолошки процеси као што је старење повезани су са упалама у нашем гликому. Остаје да се тестира да ли преокретање ових промена може да помогне у спречавању болести, или чак успоравању старења - интригантна могућност.

Уз ДНК, протеине и масти, гликани су једна од четири главне макромолекуле неопходне за живот. Од ове четири, гликани су коначни арбитри о томе како се понашају наше ћелије.

ДНК оркестрира како изгледамо, наша способност да мислимо и понашамо се, па чак и одређује болести на које смо највише подложни. Унутар наше ДНК су кратки сегменти, гени, који често садрже упутства за синтезу протеина. Протеини су, пак, “радни коњи” ћелије, који обављају многе функције потребне за живот.

Међутим, како се протеин понаша често зависи од тога шта су гликани везани за њега. Другим речима, ови молекули шећера могу у великој мери да утичу на то како наши протеини раде свој посао, па чак и како ће наше ћелије реаговати на подражаје. На пример, ако промените неколико гликана на спољашњој страни ћелије, то може да покрене ту ћелију да мигрира на другу локацију у нашем телу.

Главни задатак гликана је да модификује протеине и масти које се налазе на површини наших ћелија. Заједно стварају дебели шећерни омотач око ћелије. Ако површину ћелије сматрамо земљом, онда би гликани били дивно разноврстан биљни живот и лишће које се појављују и доносе боју и идентитет у ћелију. У ствари, ако бисте могли да видите ћелију голим оком, изгледало би веома мутно. Замислите брескву са 10 пута више фузија.

Гликани означавају наше ћелије и идентификују их као “сопство”

Фузз око ћелије је његов гликански премаз. Будући да смо изван наших ћелија, гликани су прва тачка контакта за већину ћелијских интеракција и тако утичу на то како наше ћелије комуницирају једна са другом. Гликане можете такође сматрати јединственим ћелијским “баркодом”. Тако ће се фузз бубрежне ћелије разликовати од фузије имунолошке ћелије. Али постоје и сличности. Заправо, имунолошке ћелије које истражују наше тело тражећи патогене не знају да нападају наше сопствене ћелије због заједничких особина у гликанском "бар коду" које деле све ћелије нашег тела.

Насупрот томе, бактерије и паразити попут маларије имају различите „шећерне премазе“ који се не виде на људским ћелијама. Када су бактеријски шећери означени као „страни“, имуни систем особе циља на уништавање бактерије. Међутим, неки штетни бактеријски патогени као што је стрептокока групе Б, који обично узрокују озбиљне инфекције код беба, могу да избегну детекцију имунитета тако што опонашају људске ћелије носећи сличне гликане као прерушавање - као што је вук обучен у кожу.

Нажалост, неки патогени су такође у могућности да користе наше гликане да им помогну да изазову болест. Смртоносни вируси попут ХИВ-а и еболе еволуирали су тако да се ухвате за специфичне гликане које потом „закључавају“ док заразе наше људске ћелије. Терапије које или блокирају ове вирусе од интеракције са нашим гликанима, или које нападају специфичне гликане, могу бити нови пут у лечењу ових инфекција.

Нова истраживања су такође показала да гликани играју велику улогу у развоју аутоимуних болести као што су реуматоидни артритис и аутоимуни панкреатитис. То не изненађује јер гликани директно утичу на функцију имуних ћелија.

Нормално, наше имунске ћелије делују као "одбрамбени систем" нашег тела, и идентификују и уништавају стране нападаче као што су штетне бактерије или вируси. Али када тело погрешно означи наше ћелије као непријатеља и покрене унутрашњи напад на себе, рађа се аутоимунитет. Занимљиво је да у таквим случајевима гликани присутни на недоличном само-нападајућем антитијелу диктирају снагу напада на тијело. Овај абнормални имуни одговор може бити чак и усмјерен против гликана. На пример, имунолошки систем може да греши „само“ гликане као да су „страни“ молекули. Наш истраживачки тим недавно је објавио чланак који је увео гликанску теорију аутоимунитета, која објашњава неке од тих односа.

Гликани у нашој храни могу покренути имунолошки одговор

Било је много студија које повезују конзумацију црвеног меса са болестима као што су атеросклероза и дијабетес, али оне нису биле у стању да покажу зашто или како се то дешава до недавно. Једна интригантна студија сугерише да је кривац био шећер са незграпним именом, нехуманом сијаличном Н-гликолилнеураминском киселином или скраћено Неу5Гц. Неу5Гц се налази код свих сисара, осим код људи, јер су рани људи који су могли учинити Неу5Гц умрли од древног маларијског паразита.

Међутим, иако сада немамо способност да производимо Неу5Гц, наша тела још увек имају способност да је инкорпорирају у гликане на нашим ћелијама ако их добијемо једући црвено месо. Када постане део гликанске превлаке наших ћелија, онда наше ћелије имају „страну“ супстанцу - Неу5Гц - која их окружује. Ово може да покрене упалу у целом телу, јер наш имунолошки систем препознаје Неу5Гц као „страни“ и напада га. Хронична упала узрокована овим унутрашњим нападима може довести до срчаног удара, можданог удара, па чак и рака.

Наша тела синтетишу десетине хиљада јединствених гликана, често са гранским структурама формираним од једноставних блокова за изградњу шећера. Протеине или масти се могу модификовати и на десетине јединствених гликана. Ове безбројне комбинације чине мапирање гликана тежим задатком, јер нам је потребан практичан и ефикасан начин да анализирамо стотине хиљада гликанских узорака.

Наш истраживачки тим је развио методе за брзо и робусно праћење људског глиема. Капитализацијом на инжењерским унапређењима и побољшањима у обради узорака, наша техника може да прати хиљаде гликана одједном, што нам омогућава да карактеризирамо гликане у ћелијама од здравих контрола и пацијената са различитим болестима. Наш циљ је да користимо ове податке за развој предиктивних модела који ће помоћи клиничарима да дијагностикују и лече све људске болести. Вјерујемо да ће доћи нови вал медицинског напретка док откључавамо "шећерни код".

Јенни Ванг је била главни коаутор овог чланка.

Овај чланак је првобитно објављен на конверзацији Емануала Маверакиса, Царлита Лебрилла и Јенни Ванг. Прочитајте оригинални чланак овде.