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. A glikomika, a genomikával és a proteomikával analóg módon az adott sejttípus vagy szervezet valamennyi glikánstruktúrájának szisztematikus vizsgálata, a glikobiológia altudománya.
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. Essentials of Glycobiology
Kihívások 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.ucsd news article Do 68 Molecules Hold the Key to Understanding Disease? published September 3, 2008 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 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. A bakteriális glikomika áttörést hozhat a következő területeken: új gyógyszerek bioaktív glikánok glikokonjugát vakcinák.
Eszközkészlete A glikánok analízisében leggyakrabban alkalmazott technikák közé tartozik a nagy felbontóképességű tömegspektrometria (MS) és a nagy teljesítményű folyadékkromatográfia (HPLC). Ezen módszereknél a glikánrészt enzimatikus módon vagy kémiailag leválasztják a célpontról, mielőtt analízisnek vetik alá. 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. 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).
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.
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).
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 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 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 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 Citomika Omika témák listája Omika Proteomika Rendszerbiológia
Jegyzetek
Fordítás
További információk Glycomics - Glycan Recognizing Proteins List of Glycomics web sites Glycomics Portal at CCRC, Software for glycomics Functional Glycomics Gateway, a collaboration between the Consortium for Functional Glycomics and Nature Publishing Group glycosciences.de This site provides databases and bioinformatics tools for glycobiology and glycomics. GlycomeDB, A carbohydrate structure metadatabase EuroCarbDB GlycoBase A web HPLC/UPLC resource that contains elution positions expressed as glucose unit values. ProGlycAn A short introduction to glycan analysis and a nomenclature for N-Glycans
Kategória:Cukor