Cracking Sugar Code: Varför Glycome är nästa stora sak i hälsa och medicin

Cracking Sugar Code: Varför Glycome är nästa stora sak i hälsa och medicinAv molekuul_be / shutterstock.com

När du tänker på socker tänker du förmodligen på det söta vita vita kristallina bordsockret som du använder för att göra kakor eller söta ditt kaffe. Men visste du att i vår kropp kan enkla sockermolekyler kopplas samman för att skapa kraftfulla strukturer som nyligen visat sig vara kopplade till hälsoproblem, inklusive cancer, åldrande och autoimmuna sjukdomar.

Enligt National Academy of Sciences skapar en karta över deras plats och struktur uppmana oss till en ny era av modern medicin. Detta beror på att den mänskliga glycome - hela samlingen av sockerarter i vår kropp - rymmer ännu-att-upptäckta glykaner med potential att hjälpa läkare att diagnostisera och behandla sina patienter.

Tack vare den globala uppmärksamhet som erhållits genom 2003-slutförandet av Human Genome Project har de flesta hört talas om DNA, genomik och till och med proteomics - studien av proteiner. Men studien av glykaner, även känd som glycomics, handlar om 20 år bakom andra fält. En orsak till denna lag är att forskare inte har utvecklat verktygen för att snabbt identifiera glykanstrukturer och deras bilagor på människors celler. "Sugar coat" har varit något av ett mysterium.

Hittills är det.

Medan de flesta laboratorier fokuserar på cellulär eller molekylär forskning, vår lab är inriktad på att utveckla teknik för att snabbt karakterisera glykanstrukturer och deras bilagor. Vårt yttersta mål är att katalogisera hundratusentals sockerarter och deras placeringar på olika celltyper och sedan använda denna information för att skräddarsy medicinska terapier till varje individ.

Varför bryr vi oss om glykaner?

I framtiden är det troligt att analys av en persons glykaner kommer att användas för att förutsäga vår risk för att utveckla sjukdomar som reumatoid artrit, cancer eller till och med födoämnesallergier. Detta beror på att glykomförändringar kan vara specifikt knutna till särskilda sjukdomstillstånd. Även biologiska processer som åldring är kopplade till inflammation i vår glycome. Det återstår att testas om omvända dessa förändringar kan bidra till att förebygga sjukdom eller till och med långsam åldrande - en spännande möjlighet.

Tillsammans med DNA, proteiner och fetter är glykaner en av de fyra stora makromolekylerna som är essentiella för livet. Av dessa fyra är glykaner de sista arbitrarna av hur våra celler beter sig.


Få det senaste från InnerSelf


DNA orkestrerar vad vi ser ut, vår förmåga att tänka och bete sig, och bestämmer även de sjukdomar som vi är mest mottagliga för. Inom vårt DNA är korta segment, gener, som ofta innehåller instruktioner för hur man syntetiserar proteiner. Proteiner i sin tur är "arbetshästarna" i cellen, som utför många av de funktioner som är nödvändiga för livet.

Hur ett protein beter sig beror emellertid ofta på vilka glykaner som är kopplade till det. Med andra ord kan dessa sockermolekyler på stor betydelse påverka hur våra proteiner gör sitt arbete, och även hur våra celler kommer att reagera på stimuli. Om du till exempel byter ett par glycaner på utsidan av en cell kan det utlösa den cellen att migrera till en annan plats i kroppen.

Det viktigaste syftet med glykaner är att modifiera proteiner och fetter som sitter på ytan av våra celler. Tillsammans skapar de en tjock sockerrock runt cellen. Om vi ​​anser att ytan av cellen är jord, då skulle glykaner vara det fantastiskt varierade växtlivet och löv som sprutar upp och tar med färg och identitet till cellen. Faktum är att om du kunde se en cell med ditt blotta ögat så skulle det se väldigt luddigt ut. Bild en persika med 10 gånger mer fuzz.

Cracking Sugar Code: Varför Glycome är nästa stora sak i hälsa och medicinVarje cell i människokroppen är täckt av en samling glykaner som monteras med olika enkla sockerarter som glukos, mannos, galaktos, sialinsyra, glukosamin och frusar som byggstenar. Genom att avkänna den typ av sockerskikt som finns, kan våra immunceller identifiera andra celler som vän eller fiende. Detta beror på att bakterier har sockerarter på sina ytor som aldrig ses på mänskliga celler - patogenens sockerarter känns av immunsystemet och som identifierar bakterierna som "främmande". Emanual Maverakis, CC BY-SA

Glykaner märker våra egna celler och identifierar dem som "själv"

Fuzz runt en cell är dess glykanfärg. Att vara på utsidan av våra celler är glykaner den första kontakten för de flesta cellulära interaktionerna och påverkar sålunda hur våra celler kommunicerar med varandra. Du kan också tänka på glykaner som en unik cellulär "streckkod". Således kommer en njurcells fuzz att se annorlunda ut än en immuncells fuzz. Men det finns också likheter. Faktum är att immuncellerna som undersöker vår kropp som söker patogener, vet att de inte attackerar våra egna "celler" på grund av gemensamma funktioner i glykan-streckkoden som delas av alla celler i vår kropp.

Däremot gillar bakterier och parasiter malaria har olika "sockerkroppar" som inte ses på mänskliga celler. När bakteriella sockerarter är märkta som "främmande", bestämmer en persons immunsystem bakterien för destruktion. Några skadliga bakteriepatogener som streptokocker från grupp B, som vanligtvis orsakar allvarliga infektioner hos spädbarn, kan emellertid undvika immundetektering av försonar mänskliga celler genom att bära liknande glykaner som en förklädnad - som vargen klädd i fårskinn.

Tyvärr kan vissa patogener också använda våra glykaner för att hjälpa dem att orsaka sjukdom. Dödliga virus som hiv och ebola har utvecklats för att ta tag i specifika glykaner som de sedan "låser" på när de smittar våra mänskliga celler. Terapier som antingen blockerar dessa virus från att interagera med våra glykaner, eller som angriper virusspecifika glykaner kan vara en ny aveny för att behandla dessa infektioner.

Cracking Sugar Code: Varför Glycome är nästa stora sak i hälsa och medicinSockerna på våra celler och på bakterieceller märker dem som vän eller fiende. Emanual Maverakis, CC BY-SA

ny forskning har också visat att glykaner spelar en stor roll i utvecklingen av autoimmuna sjukdomar som reumatoid artrit och autoimmun pankreatit. Detta är inte förvånande eftersom glykaner direkt påverkar immuncellens funktion.

Normalt fungerar våra immunceller som vår kropps "försvar", och identifierar och förstör utländska infallare som skadliga bakterier eller virus. Men när kroppen felaktigt märker våra egna celler som fienden och lanserar en inre attack på sig själv, blir autoimmunitet född. Intressant är det i sådana fall glykaner som är närvarande på de felaktiga självattackerande antikropparna som kommer att diktera styrkan i attacken på kroppen. Detta onormala immunsvar kan även riktas mot glykaner. Till exempel kan immunsystemet misstaga "själv" glykaner som om de var "främmande" molekyler. Vårt forskargrupp nyligen publicerade en artikel som introducerade glykanteorin om autoimmunitet, vilket förklarar några av dessa relationer.

Glykaner i vår mat kan utlösa immunsvar

Det har funnits många studier som förbinder konsumtion av rött kött med sjukdomar som åderförkalkning och diabetes, men de har inte kunnat visa varför eller hur detta inträffar förrän nyligen. En spännande studie föreslår att den skyldige var ett socker med det obevekliga namnet, nonhuman sialic N-glycolylneuraminsyra eller Neu5Gc för kort. Neu5Gc finns i alla däggdjur förutom människor, eftersom de tidiga människor som kunde göra Neu5Gc dog från en gammal malarial parasit.

Men även om vi nu saknar förmågan att producera Neu5Gc, har våra kroppar fortfarande förmågan att införliva den i glykanerna på våra celler om vi får det genom att äta rött kött. När det blir en del av våra cells glykanskikt, har våra celler sedan ett "främmande" ämne - Neu5Gc - omger dem. Detta kan utlösa inflammation i hela kroppen eftersom vårt immunsystem känner igen Neu5Gc som "främmande" och attackerar det. Den kroniska inflammation som orsakas av dessa interna attacker kan leda till hjärtinfarkt, stroke och till och med cancer.

Våra kroppar syntetiserar tiotusentals unika glykaner, ofta med förgreningsstrukturer som bildas av enkla sockerbyggstenar. Proteiner eller fetter kan också modifieras av dussintals unika glykaner. Dessa otaliga kombinationer gör kartläggning av glykaner en svår uppgift eftersom vi behöver ett praktiskt och effektivt sätt att analysera hundratusentals glykanmönster.

Vårt forskargrupp har nu utvecklat metoder för att snabbt och robust övervaka den mänskliga glycome. Genom att kapitalisera på tekniska framsteg och förbättringar i provbehandling kan vår teknik övervaka tusentals glykaner samtidigt, vilket gör att vi kan karakterisera glykanerna i celler från friska kontroller och patienter med olika sjukdomar. Vårt mål är att använda dessa data för att utveckla prediktiva modeller för att hjälpa kliniker att diagnostisera och behandla alla mänskliga sjukdomar. Vi tror att en ny våg av medicinska framsteg kommer att komma när vi låser upp "sockerkoden".

Om författaren

Emanual Maverakis, docent - Institutioner för medicinsk mikrobiologi och immunologi och dermatologi Medlems- livsmedel för hälsoinstitutet Member-Omfattande Cancer Center | Direktör - Autoimmunitet | Direktör - Immune Monitoring Core, University of California, Davis; Carlito Lebrilla, Distinguished Professor of Chemistry, University of California, Davis, och Jenny Wang, klinisk forskare, University of California, Davis | Medicinsk student, Albert Einstein College of Medicine, Yeshiva University

Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen. Läs ursprungliga artikeln.

Relaterade böcker:

{amazonWS: searchindex = Böcker; nyckelord = sockerproblem; maxresultat = 3}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

följ InnerSelf på

facebook-icontwitter-iconrss-icon

Få det senaste via e-post

{Emailcloak = off}