Glikomika

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A glikomika a glikom (a szervezet akár szabadon, akár komplex molekulákba kötve megtalálható valamennyi cukrainak összessége) átfogó, annak genetikai, fiziológiai, patologikus és egyéb aspektusaira is kitérő vizsgálata.[1][2] A glikomika, a genomikával és a proteomikával analóg módon az adott sejttípus vagy szervezet valamennyi glikánstruktúrájának szisztematikus vizsgálata, a glikobiológia altudománya.[3]

A „szénhidrát”, a „glikán”, a „szacharid” és a „cukor” ebben a kontextusban általános értelemben használatos kifejezések, és közéjük sorolódnak a monoszacharidok, oligoszacharidok, poliszacharidok és ezen vegyületek származékai. A szénhidrátok a szén hidrátjaiból állnak, összegképletük [CH2O]n. A monoszacharidok olyan szénhidrátok, melyek nem hidrolizálhatók egyszerűbb szénhidrátokká; ezek az alkotóelemei az oligoszacharidoknak és a poliszacharidoknak. Az oligoszacharidok néhány, glikozidos kötéssel összekapcsolt, lineárisan sorakozó vagy elágazó láncú monoszacharidból állnak; a monoszacharid egységek száma általában 3-9. A poliszacharidok ismétlődő monoszacharid egységekből álló glikánok, az egységek száma általában a tízet meghaladja.[4]

Kihívások[szerkesztés]

  • A cukrok komplexitása: szerkezetüket tekintve, a cukrok nem lineárisak, hanem nagymértékben elágazóak. Ráadásul, a glikánok módosíthatók is (módosított cukrok), ami szintén növeli komplexitásukat.
  • A glikánok komplex bioszintetikus útvonalakban vesznek részt.
  • Általában a glikánok vagy fehérjéhez kötve (glikoproteinek) vagy lipidekkel való konjugációban (glikolipidek) találhatók meg.
  • A genomoktól eltérően, a glikom nagymértékben dinamikus rendszer.

A glikomika kutatási területén a rendszerbiológusoknak nagyobb komplexitással kell szembenézniük, mint az alkalmazott biológia más részein. 68 építőelem (DNS-, RNS- és fehérjemolekulák, különböző kategóriájú lipidek, szacharidok különböző összekötési módjai) adja egy sejt teljes életét meghatározó molekuláris koreográfia strukturális alapjait. Ebből a DNS és az RNS négy építőelemmel szerepel (a nukleozidok vagy nukleotidok). A lipidek nyolc kategóriába oszthatók, a ketoacilre és az izoprénre visszavezethetően. A fehérjék 20 aminosavból épülnek fel. A szacharidok 32 fajta összekötési lehetőséggel (glikozidos kötéssel) rendelkeznek.[5] Bár ezek az építőelemek csak lineárisan kapcsolódhatnak fehérjékhez és génekhez, szacharidok elágazó tömbjébe rendezhetők el, a komplexitást tovább növelve.

A bonyolultságot növelő tényező még a szóba jövő fehérjék nagyon száma, melyek közül nem csak a szénhidrátok hordozói (a glikoproteinek) érdekesek, hanem a specifikusan szénhidrátokhoz kapcsolódó és velük való reakcióba lépő fehérjék is:

  • Szénhidrát-specifikus enzimek, melyek a szénhidrátok szintézisét, módosítását és lebontását végzik;
  • Lektinek, mindenféle szénhidráthoz kötődő fehérjék;
  • Receptorok, szabadon cirkuláló vagy sejthártyához között, szénhidrát-kötő receptorok.

Fontossága[szerkesztés]

A glikánok fontosságának megértéséhez egy nem teljes lista azok funkcióiról:

  • A sejtfelszínen megtalálható glikoproteinek kritikus szerepet játszanak a bakteriális és virális antigén-felismerésben.
  • Szerepet játszanak a sejt jelátviteli útjaiban és a sejtfunkció modulációjában.
  • Fontosak a veleszületett immunitásban.
  • Meghatározzák a rák kifejlődését.
  • Levezénylik a sejt sorsát, gátolják a sejt növekedését, szabályozzák a keringést és inváziót.
  • Befolyásolják a fehérjék stabilitását és felgombolyodását.
  • A glikoproteinek útvonalait és sorsát befolyásolják.
  • Számos glikánspecifikus betegség létezik, melyek gyakran örökletesek.

A glikomika aspektusainak fontos orvosi alkalmazásai:

  • a lektinek frakcionálják a sejteket, hogy vérképző őssejtek átültetésénél elkerüljék az átültetett szövet immunreakcióját (graft-versus-host betegség).
  • rákkezelés során a citolitikus hatású CD8 T-sejtek aktiválása és terjesztése.

A glikomika különösen fontos a mikrobiológia területén, mivel a glikánok sokféle szerepet játszanak a baktériumok fiziológiájában.[6] A bakteriális glikomika áttörést hozhat a következő területeken:

  • új gyógyszerek
  • bioaktív glikánok
  • glikokonjugát vakcinák.

Eszközkészlete[szerkesztés]

A glikánok analízisében leggyakrabban alkalmazott technikák közé tartozik a nagy felbontóképességű tömegspektrometria (MS) és a nagy teljesítményű folyadékkromatográfia (HPLC).[3] Ezen módszereknél a glikánrészt enzimatikus módon vagy kémiailag leválasztják a célpontról, mielőtt analízisnek vetik alá.[7] A glikolipideket a lipidkomponens leválasztása nélkül, közvetlenül is lehet vizsgálni.

A glikoproteinekből származó N- és O-glikánok rutinszerű vizsgálata úgy történik, hogy először a cukrok redukáló végét flureszcens komponenssel jelölik meg (reduktív címkézés), majd fordított fázisú, normál fázisú vagy ioncserés HPLC-vel analizálják azokat.[8] Az elmúlt években számos címkeváltozat jelent meg, köztük a 2-aminobenzamid (AB), az antranilsav (AA), a 2-aminopiridin (PA), a 2-aminoakridon (AMAC) és a 3-(acetilamino)-6-aminoakridin (AA-Ac).[9]

A HPLC-eszközökből származó frakcionált glikánok további analízise lehetséges MALDI-TOF-MS(MS) módszerekkel, hogy további információt nyerjenek azok struktúrájáról és tisztaságáról. Néha a glikán-poolok előzetes frakcionálás nélkül, közvetlenül analizálhatók a tömegspektrográfia módszereivel, bár ilyenkor nehéz, vagy nem is mindig lehetséges az izobár (azonos molekulatömegű) glikánszerkezetek megkülönböztetése. Mindenesetre a közvetlen MALDI-TOF-MS analízissel el lehet érni a glikán-pool gyors és egyszerű illusztrációját.[10]

Az elmúlt években megnött az online tömegspektrometriás megoldásokhoz csatolt HPLC eszközök népszerűsége. A folyadékkromatográfia álló fázisának porózus grafitszenet választva még a nem derivatizált glikánok is analizálhatók. A vizsgálat tömegspektrometriával történik, de MALDI-MS helyett elektrospray ionizációs (ESI) interfésszel (PGC-LC-ESI-MS vagy PGCC-MS).[11][12]

1. táblázat: A tömegspektrometria előnyei és hátrányai a glikánok analízisében

Előnyök Hátrányok
  • Kis mennyiségű minta is elengedő (alacsonyabb fmol-értékek)
  • Komplex glikánkeverékekre is megfelelő (további analízis-dimenziót hoz be).
  • A csatolási oldalak analizálhatók tandem-MS kísérletekkel (oldalspecifikus glikánanalízis).
  • Glikánszekvenálás tandem tömegspektrometriás kísérletekkel.
  • Destruktív módszer.
  • Jól átgondolt, felépített kísérletet igényel.

Biocsipek[szerkesztés]

Az antitest/lektin szendvics biocsipek (antibody-lectin sandwich array, ALSA) a glikánokat tartalmazó sokfajta minta nagy átbocsátó képességű vizsgálatát teszik lehetővé. A módszer természetben előforduló lektineket vagy mesterséges, monoklonális antitesteket használ, melyeket vagy egy adott csipen immobilizálva, fluoreszcens glikoprotein mintával inkubálják.

A glikán-biocsipek, amiket a Consortium for Functional Glycomics is ajánl, olyan szénhidrátokat tartalmaznak, melyekkel a lektinek vagy antitestek tesztelhetők, hogy meghatározzák azok szénhidrát-specifikusságát és azonosítsák a ligandumaikat.

A glikánok metabolikus és kovalens címkézése[szerkesztés]

A glikánok metabolikus megjelölése felhasználható a glikánstruktúrák detektálására is. Egy jól ismert módszer szerint aziddal (N3−) jelölt cukrokat reagáltatnak Staudinger-ligáció útján. Ezt a stratégiát a glikánok in vitro és in vivo meghatározása során is felhasználták.

Glikoprotein-eszközök[szerkesztés]

A komplex glikálnok röntgenkrisztallográfiával és fehérje-NMR spektroszkópiával történő teljes strukturális analízise nehéz és komplex tudományterület. Azonban a különböző lektinek, enzimek és más szénhidrádhoz kötődő fehérjék kötődési helyeinek struktúrája felfedte a glikom funkcióinak széles körű strukturális alapjait. A tesztminták tisztaságát kromatográfiával (affinitáskromatográfia stb.) és analitikai elektroforézissel (poliakril-amid elektroforézis, kapilláris-elektroforézis, affinitás-elektroforézis stb.) érték el.

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés]

Jegyzetek[szerkesztés]

  1. ↑ Aoki-Kinoshita KF (2008. május 1.). „An Introduction to Bioinformatics for Glycomics Research”. PLoS Comput. Biol. 4 (5), e1000075. o. [2015. január 11-i dátummal az eredetiből archiválva]. DOI:10.1371/journal.pcbi.1000075. PMID 18516240. (Hozzáférés: 2014. április 27.)  
  2. ↑ Srivastava S (2008. május 1.). „Move over proteomics, here comes glycomics”. J. Proteome Res. 7 (5), 1799. o. DOI:10.1021/pr083696k. PMID 18509903.  
  3. ↑ a b Essentials of Glycobiology, 2nd, Cold Spring Harbor Laboratory Press (2009). ISBN 978-087969770-9 
  4. ↑ Essentials of Glycobiology
  5. ↑ ucsd news article Do 68 Molecules Hold the Key to Understanding Disease? published September 3, 2008
  6. ↑ Reid, CW; Twine, SM; Reid, AN (editor). Bacterial Glycomics: Current Research, Technology and Applications. Caister Academic Press (2012). ISBN 978-1-904455-95-0 
  7. ↑ Wada Y, Azadi P, Costello CE, et al. (2007. április 1.). „Comparison of the methods for profiling glycoprotein glycans—HUPO Human Disease Glycomics/Proteome Initiative multi-institutional study”. Glycobiology 17 (4), 411–22. o. DOI:10.1093/glycob/cwl086. PMID 17223647.  
  8. ↑ Hase S, Ikenaka T, Matsushima Y (1978. november 1.). „Structure analyses of oligosaccharides by tagging of the reducing end sugars with a fluorescent compound”. Biochem. Biophys. Res. Commun. 85 (1), 257–63. o. DOI:10.1016/S0006-291X(78)80037-0. PMID 743278.  
  9. ↑ Pabst M, Kolarich D, Pöltl G, et al. (2009. január 1.). „Comparison of fluorescent labels for oligosaccharides and introduction of a new postlabeling purification method”. Anal. Biochem. 384 (2), 263–73. o. DOI:10.1016/j.ab.2008.09.041. PMID 18940176.  
  10. ↑ Harvey DJ, Bateman RH, Bordoli RS, Tyldesley R (2000). „Ionisation and fragmentation of complex glycans with a quadrupole time-of-flight mass spectrometer fitted with a matrix-assisted laser desorption/ionisation ion source”. Rapid Commun. Mass Spectrom. 14 (22), 2135–42. o. DOI:<2135::AID-RCM143>3.0.CO;2-# 10.1002/1097-0231(20001130)14:22<2135::AID-RCM143>3.0.CO;2-#. PMID 11114021.  
  11. ↑ Pabst M, Bondili JS, Stadlmann J, Mach L, Altmann F (2007. július 1.). „Mass + retention time &#61; structure: a strategy for the analysis of N-glycans by carbon LC-ESI-MS and its application to fibrin N-glycans”. Anal. Chem. 79 (13), 5051–7. o. DOI:10.1021/ac070363i. PMID 17539604.  
  12. ↑ Ruhaak LR, Deelder AM, Wuhrer M (2009. május 1.). „Oligosaccharide analysis by graphitized carbon liquid chromatography-mass spectrometry”. Anal Bioanal Chem 394 (1), 163–74. o. DOI:10.1007/s00216-009-2664-5. PMID 19247642.  

Fordítás[szerkesztés]

  • Ez a szócikk részben vagy egészben a Glycomics című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

További információk[szerkesztés]

A lap eredeti címe: „https://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=Glikomika&oldid=26548554”