Glikomiki

Glycomics to kompleksowe badanie glikomów (całego dopełniacza cukrów , zarówno wolnych , jak i obecnych w bardziej złożonych cząsteczkach organizmu ), w tym aspektów genetycznych, fizjologicznych, patologicznych i innych. Glycomics „jest systematycznym badaniem wszystkich glikanów danego typu komórki lub organizmu” i jest podzbiorem glikobiologii . Termin glikomika pochodzi od chemicznego przedrostka oznaczającego słodycz lub cukier „gliko-” i został utworzony w celu naśladowania omiki konwencja nazewnictwa ustanowiona przez genomikę (która zajmuje się genami ) i proteomikę (która zajmuje się białkami ).

Wyzwania

  • Złożoność cukrów: jeśli chodzi o ich struktury, nie są one liniowe, a raczej silnie rozgałęzione. Ponadto glikany mogą być modyfikowane (modyfikowane cukry), co zwiększa jego złożoność.
  • Złożone szlaki biosyntezy glikanów.
  • Zwykle glikany występują albo związane z białkiem ( glikoproteina ) albo skoniugowane z lipidami ( glikolipidy ).
  • W przeciwieństwie do genomów, glikany są bardzo dynamiczne.

Ten obszar badań musi radzić sobie z nieodłącznym poziomem złożoności niespotykanym w innych obszarach biologii stosowanej. 68 bloków budulcowych (cząsteczki DNA, RNA i białek; kategorie dla lipidów; rodzaje wiązań cukrowych dla sacharydów) stanowią podstawę strukturalną choreografii molekularnej, która stanowi całe życie komórki. DNA i RNA mają po cztery elementy budulcowe ( nukleozydy lub nukleotydy ). Lipidy dzielą się na osiem kategorii opartych na ketoacylu i izoprenie . Białka mają 20 (tzw aminokwasy ). Sacharydy mają 32 rodzaje wiązań cukrowych. Podczas gdy te bloki budulcowe mogą być przyłączane tylko liniowo dla białek i genów, mogą być ułożone w rozgałęziony układ dla sacharydów, co dodatkowo zwiększa stopień złożoności.

Dodaj do tego złożoność licznych zaangażowanych białek, nie tylko jako nośników węglowodanów, glikoprotein , ale białek szczególnie zaangażowanych w wiązanie i reagowanie z węglowodanami:

  • Enzymy specyficzne dla węglowodanów do syntezy, modulacji i degradacji
  • Lektyny , wszelkiego rodzaju białka wiążące węglowodany
  • Receptory , krążące lub związane z błoną receptory wiążące węglowodany

Znaczenie

Aby odpowiedzieć na to pytanie, należy znać różne i ważne funkcje glikanów. Oto niektóre z tych funkcji:

Istnieją ważne zastosowania medyczne aspektów glikomiki:

Glycomics jest szczególnie ważny w mikrobiologii, ponieważ glikany odgrywają różne role w fizjologii bakterii. Badania nad glikomiką bakteryjną mogą doprowadzić do opracowania:

  • nowatorskie leki
  • bioaktywne glikany
  • szczepionki glikokoniugatowe

Narzędzia użyte

Poniżej przedstawiono przykłady powszechnie stosowanych technik analizy glikanów

Spektrometria mas o wysokiej rozdzielczości (MS) i wysokosprawna chromatografia cieczowa (HPLC)

Najczęściej stosowanymi metodami są MS i HPLC , w których część glikanu jest odszczepiana enzymatycznie lub chemicznie od celu i poddawana analizie. W przypadku glikolipidów można je analizować bezpośrednio bez oddzielania składnika lipidowego.

N- glikany z glikoprotein są rutynowo analizowane za pomocą wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC z fazą odwróconą, normalną i jonowymienną) po wyznakowaniu redukującego końca cukrów związkiem fluorescencyjnym (znakowanie redukujące). W ostatnich latach wprowadzono wiele różnych etykiet, w których 2-aminobenzamid (AB), kwas antranilowy (AA), 2-aminopirydyna (PA), 2-aminoakrydon (AMAC) i 3-(acetyloamino)-6-aminoakrydyna (AA-Ac) to tylko niektóre z nich.

O- glikany są zwykle analizowane bez żadnych znaczników, ze względu na chemiczne warunki uwalniania, które uniemożliwiają ich znakowanie.

Frakcjonowane glikany z urządzeń do wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) można dalej analizować za pomocą MALDI -TOF-MS(MS) w celu uzyskania dalszych informacji o strukturze i czystości. Czasami pule glikanów są analizowane bezpośrednio za pomocą spektrometrii mas bez wstępnego frakcjonowania, chociaż rozróżnienie między izobarycznymi strukturami glikanów jest trudniejsze, a nawet nie zawsze możliwe. W każdym razie bezpośrednia MALDI -TOF-MS może prowadzić do szybkiego i prostego zilustrowania puli glikanów.

W ostatnich latach bardzo popularna stała się wysokosprawna chromatografia cieczowa online w połączeniu ze spektrometrią mas. Wybierając porowaty węgiel grafitowy jako fazę stacjonarną do chromatografii cieczowej, można analizować nawet niederywatyzowane glikany. W tym zastosowaniu często stosuje się jonizację przez elektrorozpylanie ( ESI ).

Monitorowanie wielu reakcji (MRM)

Chociaż MRM był szeroko stosowany w metabolomice i proteomice, jego wysoka czułość i odpowiedź liniowa w szerokim zakresie dynamicznym sprawiają, że szczególnie nadaje się do badań i odkrywania biomarkerów glikanów. MRM przeprowadza się na instrumencie z potrójnym kwadrupolem (QqQ), który jest ustawiony na wykrywanie z góry określonego jonu prekursora w pierwszym kwadrupolu, rozdrobnionego w kwadrupolu kolizyjnym i z góry określonego jonu fragmentacyjnego w trzecim kwadrupolu. Jest to technika nieskanująca, w której każde przejście jest wykrywane indywidualnie, a wykrywanie wielu przejść odbywa się jednocześnie w cyklach pracy. Ta technika jest wykorzystywana do charakteryzowania glikomu immunologicznego.

Tabela 1 : Zalety i wady spektrometrii mas w analizie glikanów

Zalety Niedogodności
  • Dotyczy małych ilości próbek (dolny zakres fmol)
  • Przydatne w przypadku złożonych mieszanin glikanów (generowanie dodatkowego wymiaru analizy).
  • Boki przyczepu można analizować za pomocą tandemowych eksperymentów MS (analiza glikanów specyficzna dla strony).
  • Sekwencjonowanie glikanów za pomocą tandemowych eksperymentów MS.
  • Niszcząca metoda.
  • Potrzeba odpowiedniego projektu eksperymentalnego.

Tablice

Macierze lektynowe i przeciwciał zapewniają wysokoprzepustowe badania przesiewowe wielu próbek zawierających glikany. Ta metoda wykorzystuje naturalnie występujące lektyny lub sztuczne przeciwciała monoklonalne , gdzie oba są immobilizowane na określonym chipie i inkubowane z próbką fluorescencyjnej glikoproteiny.

Macierze glikanów, takie jak te oferowane przez Consortium for Functional Glycomics i Z Biotech LLC , zawierają związki węglowodanowe, które można przeszukiwać lektynami lub przeciwciałami w celu określenia specyficzności węglowodanów i identyfikacji ligandów.

Metaboliczne i kowalencyjne znakowanie glikanów

Metaboliczne znakowanie glikanów można wykorzystać jako sposób wykrywania struktur glikanów. Dobrze znana strategia polega na zastosowaniu azydkami , które można poddać reakcji z zastosowaniem ligacji Staudingera . Metodę tę zastosowano do obrazowania glikanów in vitro i in vivo.

Narzędzia do glikoprotein

Krystalografia rentgenowska i spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) do pełnej analizy strukturalnej złożonych glikanów to trudna i złożona dziedzina. Jednak struktura miejsca wiązania wielu lektyn , enzymów i innych białek wiążących węglowodany ujawniła szeroką różnorodność podstaw strukturalnych funkcji glikomu. Czystość badanych próbek uzyskano poprzez chromatografię ( chromatografia powinowactwa itp.) oraz elektroforezę analityczną ( PAGE (elektroforeza poliakryloamidowa) elektroforeza kapilarna , elektroforeza powinowactwa itp. ) .

Oprogramowanie i bazy danych

Istnieje kilka programów on-line i baz danych dostępnych do badań glikemicznych. To zawiera:

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Glycomics&oldid=1093003843 ”