Sokerikoodin krakkaus: Miksi Glycome on seuraava suuri asia terveyteen ja lääketieteeseen

Sokerikoodin krakkaus: Miksi Glycome on seuraava suuri asia terveyteen ja lääketieteeseenTekijä molekuul_be / shutterstock.com

Kun ajattelet sokeria, ajattelet luultavasti makeaa, valkoista, kiteistä pöytäsokeria, jota käytät evästeiden valmistamiseen tai kahvin makeuttamiseen. Mutta tiesitkö, että kehossamme voidaan yksinkertaisia ​​sokerimolekyylejä yhdistää luomaan tehokkaita rakenteita, jotka on äskettäin havaittu liittyviksi terveysongelmiin, mukaan lukien syöpä, ikääntyminen ja autoimmuunisairaudet.

Kansallisen tiedeakatemian mukaan luodaan kartta niiden sijainnista ja rakenteesta ohjaa meidät modernin lääketieteen uuteen aikakauteen. Tämä johtuu siitä, että ihmisen glycome - koko kehon sokerit koko kehossamme - sisältää vielä löydettyjä glykaaneja, joilla on mahdollisuus auttaa lääkäreitä diagnosoimaan ja hoitamaan potilaitaan.

Ihmisgenomiprojektin 2003-valmistumisen kautta saaman maailmanlaajuisen huomion ansiosta suurin osa ihmisistä on kuullut DNA: sta, genomiikasta ja jopa proteomiikasta - proteiinien tutkimuksesta. Mutta glykaanien tutkimus, joka tunnetaan myös nimellä glycomics, on kyse 20 vuotta muilta aloilta. Yksi syy tähän viiveeseen on se, että tiedemiehet eivät ole kehittäneet välineitä, joilla voidaan nopeasti tunnistaa glykaanirakenteet ja niiden kiinnityspaikat ihmisten soluissa. ”Sokerikuori” on ollut jonkin verran mysteeri.

Tähän asti se on.

Vaikka useimmat laboratoriot keskittyvät solu- tai molekyylitutkimukseen, meidän laboratorio on sitoutunut kehittämään teknologiaa, jolla voidaan nopeasti karakterisoida glykaanirakenteita ja niiden kiinnityspaikkoja. Lopullisena tavoitteena on luetteloida satoja tuhansia sokereita ja niiden sijainteja eri solutyypeille ja käyttää tätä tietoa lääketieteellisten hoitojen räätälöimiseksi kullekin yksilölle.

Miksi me välitämme glykaaneista?

Tulevaisuudessa on todennäköistä, että yksilön glykaanien analysointia käytetään ennustamaan riskiä sairauksien kehittymiselle nivelreuma, syöpä tai jopa ruoka-aineallergiat. Tämä johtuu siitä, että glycome-muutokset voidaan liittää spesifisesti tiettyihin sairauden tiloihin. Myös biologisia prosesseja vanheneminen liittyvät glukoosin tulehdukseen. Se on vielä testattava, jos näiden muutosten peruuttaminen voi auttaa ehkäisemään tauteja tai jopa hidasta ikääntymistä.

DNA: n, proteiinien ja rasvojen ohella glykaanit ovat yksi neljästä tärkeimmästä makromolekyylistä, jotka ovat välttämättömiä elämälle. Näistä neljästä glykaanit ovat lopullisia välittäjiä siitä, miten solut käyttäytyvät.


Hanki viimeisin InnerSelfistä


DNA järjestää sitä, mitä me näemme, kykyämme ajatella ja käyttäytyä ja jopa määrittää ne sairaudet, joihin olemme kaikkein alttiimpia. DNA: ssa on lyhyitä segmenttejä, geenejä, jotka sisältävät usein ohjeita proteiinien syntetisoimiseksi. Proteiinit puolestaan ​​ovat solun "työhevosia", jotka suorittavat monia elämän kannalta välttämättömiä toimintoja.

Kuitenkin proteiinin käyttäytyminen riippuu usein siitä, mitkä glykaanit ovat siihen kiinnittyneitä. Toisin sanoen nämä sokerimolekyylit voivat vaikuttaa suuresti siihen, miten proteiinimme tekevät työtä, ja jopa miten solumme reagoivat ärsykkeisiin. Jos esimerkiksi muutat muutaman glykaanin solun ulkopuolella, se saattaa laukaista kyseisen solun siirtymään toiseen paikkaan kehossamme.

Glykaanien pääasiallinen tehtävä on modifioida solujen pinnalla olevat proteiinit ja rasvat. Yhdessä ne luovat paksuisen sokerikerroksen solun ympärille. Jos katsomme, että solun pinta on maaperä, glykaanit olisivat ihanan monipuolinen kasvilaji ja lehdet, jotka itävät ja tuovat väriä ja identiteettiä soluun. Itse asiassa, jos pystyt näkemään solun paljaalla silmälläsi, se näyttää hyvin sumealta. Kuva persikka 10-kertaa enemmän fuzzia.

Sokerikoodin krakkaus: Miksi Glycome on seuraava suuri asia terveyteen ja lääketieteeseenJokainen ihmiskehon solu on peitetty kokoelmalla glykaaneja, jotka kootaan käyttämällä erilaisia ​​yksinkertaisia ​​sokereita, kuten glukoosia, mannoosia, galaktoosia, siaalihappoa, glukosamiinia ja frukoosia, rakennuspalikoina. Tuntemalla läsnä olevan sokerikerroksen tyyppi, immuunisolut voivat tunnistaa muita soluja ystävänä tai vihollisena. Tämä johtuu siitä, että bakteereilla on pinnoillaan sokereita, joita ei koskaan näy ihmisen soluissa - immuunijärjestelmä tunnistaa patogeenin sokerit ja tunnistaa bakteerit ”vieras”. Emanual Maverakis, CC BY-SA

Glykaanit merkitsevät omia soluja ja tunnistavat ne "itse"

Solun ympärillä oleva fuzz on sen glykaani takki. Solujen ulkopuolella olevat glykaanit ovat ensimmäinen yhteyspiste useimmille solujen vuorovaikutuksille ja siten vaikuttavat siihen, miten solumme kommunikoivat keskenään. Voit myös miettiä glykaaneja ainutlaatuisena solukoodina. Näin ollen munuaissolun fuzz näyttää erilaiselta kuin immuunisolun fuzz. Mutta on myös yhtäläisyyksiä. Itse asiassa immuunisolut, jotka tutkivat kehoamme etsimään taudinaiheuttajia, eivät tiedä hyökätä omia "soluja", koska glykaanin "viivakoodi" on yhteisiä piirteitä, joita kaikki kehomme solut jakavat.

Sitä vastoin bakteerit ja loiset malaria joilla on erilaiset ”sokerikerrokset”, joita ei näy ihmisen soluissa. Kun bakteeri sokerit on merkitty ”vieraana”, henkilön immuunijärjestelmä kohdistaa bakteerin tuhoutumiseen. Jotkut haitalliset bakteeripatogeenit, kuten B-ryhmän streptokokki, jotka yleensä aiheuttavat vakavia infektioita vauvoilla, voivat välttää immuunijärjestelmän havaitsemista. inhimillisten solujen miehittäminen kantamalla samanlaisia ​​glykaaneja naamioina - kuten lampaiden pukeutunut susi.

Valitettavasti jotkut taudinaiheuttajat voivat myös käyttää glykaaneja auttamaan heitä saamaan aikaan taudin. Kuolevat virukset kuten HIV ja Ebola ovat kehittyneet tarttumaan tiettyihin glykaaneihin, joita ne sitten lukittavat, kun ne saastuttavat ihmissoluja. Hoidot, jotka joko estävät näiden virusten vuorovaikutuksen glykaanien kanssa tai jotka hyökkäävät viruskohtaisia ​​glykaaneja, voivat olla uusi keino näiden infektioiden hoitoon.

Sokerikoodin krakkaus: Miksi Glycome on seuraava suuri asia terveyteen ja lääketieteeseenSolujen sokerit ja bakteerisolut merkitsevät ne ystäväksi tai viholliseksi. Emanual Maverakis, CC BY-SA

Uusi tutkimus on myös osoittanut, että glykaaneilla on valtava rooli autoimmuunisairauksien kehittymisessä nivelreuma ja autoimmuuninen haimatulehdus. Tämä ei ole yllättävää, koska glykaanit vaikuttavat suoraan immuunisolujen toimintaan.

Tavallisesti immuunisolumme toimivat kehomme ”puolustusjärjestelmänä” ja tunnistavat ja tuhoavat vieraita hyökkääjiä, kuten haitallisia bakteereja tai viruksia. Mutta kun keho merkitsee erehdyksessä omia solujasi viholliseksi ja käynnistää sisäisen hyökkäyksen itselleen, autoimmuniteetti syntyy. Mielenkiintoista on, että tällaisissa tapauksissa glykaanit esiintyvät vääränlaisissa itsestään hyökkäävissä vasta-aineissa, jotka määräävät hyökkäyksen voimakkuuden kehoon. Tämä epänormaali immuunivaste voi olla jopa suuntautunut glykaaneja vastaan. Esimerkiksi immuunijärjestelmä voi erehtyä ”itse” glykaaneja ikään kuin ne olisivat ”vieraita” molekyylejä. Tutkimusryhmämme äskettäin julkaistu artikkeli joka otti käyttöön auto-immuniteetin glykaani-teorian, joka selittää joitakin näistä suhteista.

Elintarvikkeissamme olevat glysaanit voivat laukaista immuunivasteita

On tehty monia tutkimuksia, joissa punaisen lihan kulutus yhdistetään sairauksiin, kuten ateroskleroosiin ja diabetekseen, mutta he eivät ole pystyneet osoittamaan, miksi tai miten tämä tapahtuu vasta viime aikoihin asti. Yksi kiehtova tutkimus ehdottaa, että syyllinen oli sokeri, jolla oli hankalaa nimeä, ei-inhimillinen siaalinen N-glykolylneuramiinihappo tai Neu5Gc lyhyeksi. Neu5Gc: ää löytyy kaikista nisäkkäistä paitsi ihmisistä, koska ne varhaiset ihmiset, jotka voisivat tehdä Neu5Gc: n kuolleen muinaisesta malarialääke.

Vaikka meillä ei kuitenkaan ole kykyä tuottaa Neu5Gc: tä, elimistömme kykenee sisällyttämään sen solujen glykaaneihin, jos saamme sen syömällä punaista lihaa. Silloin kun soluista tulee osa solujen glykaanipäällystettä, soluissamme on "vieras" aine - Neu5Gc - joka ympäröi niitä. Tämä voi laukaista tulehduksen koko kehossa, koska immuunijärjestelmämme tunnistaa Neu5Gc: n "vieraana" ja hyökkää sitä vastaan. Näiden sisäisten hyökkäysten aiheuttama krooninen tulehdus voi johtaa sydänkohtaukseen, aivohalvaukseen ja jopa syöpään.

Kehomme syntetisoivat kymmeniä tuhansia ainutlaatuisia glykaaneja, usein haarautumisrakenteilla, jotka on muodostettu yksinkertaisista sokerirakenteista. Proteiineja tai rasvoja voi myös muuttaa kymmeniä ainutlaatuisia glykaaneja. Nämä lukemattomat yhdistelmät tekevät glykaanien kartoittamisesta vaikean tehtävän, koska tarvitsemme käytännöllisen ja tehokkaan tavan analysoida satoja tuhansia glykaani-kuvioita.

Tutkimusryhmämme on nyt kehittänyt menetelmiä, joilla seurataan nopeasti ja voimakkaasti ihmisen glycomeia. Tekniikan avulla voidaan seurata tuhansia glykaaneja kerrallaan hyödyntämällä tekniikan kehitystä ja parannuksia näytteiden käsittelyssä, minkä ansiosta voimme karakterisoida terveiden kontrollien soluissa olevat glykaanit ja potilaat, joilla on erilaisia ​​sairauksia. Tavoitteenamme on käyttää näitä tietoja ennakoivien mallien kehittämiseen, joiden avulla lääkärit voivat diagnosoida ja hoitaa kaikkia ihmisen sairauksia. Uskomme, että uusi lääketieteellisen kehityksen aalto saapuu, kun vapautamme sokerikoodin.

Author

Emanual Maverakis, apulaisprofessori, lääketieteellisen mikrobiologian ja immunologian osasto | Terveyslaitoksen jäsenet - elintarvikkeet Jäsenmaiden kattava syöpäkeskus | Ohjaaja - autoimmuniteetti | Johtaja-immunologisen seurannan ydin, University of California, Davis; Carlito Lebrilla, arvostettu kemian professori, University of California, Davis, ja Jenny Wang, Kalifornian yliopiston kliininen tutkija Davis Lääketieteen opiskelija, Albert Einsteinin lääketieteen korkeakoulu, Yeshiva University

Tämä artikkeli julkaistiin alunperin Conversation. Lue alkuperäinen artikkeli.

Liittyvät kirjat:

{amazonWS: searchindex = Kirjat; avainsanat = sokeriongelmat; maxresults = 3}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

seuraa InnerSelfia

facebook-kuvakeTwitter-kuvakeRSS-kuvake

Hanki uusimmat sähköpostitse

{Emailcloak = off}