糖生物学的进展:基于基金会和持续动力

尽管它在无数的生物过程中的作用在健康和疾病,糖生物学领域基本上仍在全球关注的焦点。但是最近发现继续突出glycome的重要性,揭示多糖的巨大潜力识别和修改为疾病的诊断和治疗。完全解开的动态复杂性glycome仍然具有挑战性的原因有几个。糖基化是中最常见的蛋白质的转录后修饰,聚糖有许多不同的结构作为其他glycoconjugates如脂质和的一部分核糖核酸。新方法描述聚糖已经扩大了我们的能力,理解他们的机械对生物过程的影响,探索方法,利用这些新的治疗方法的重要生物分子。

本文走过一些糖生物学领域的基本发展动力在2022年所取得的进展,这些进展为未来信号。

新功能使我们更接近glycome拥抱

新颖的生物信息学工具,包括计算方法预测多糖结构和功能,为我们研究glycome的能力奠定基础。multiomics的增长是一个有价值的发展推进糖生物学,把注意力转向glycome在更广泛的研究“组成分”。多糖的结构、功能和合成非常动态和依赖于生物过程之间复杂的相互作用,使multiomics理想方法理解细胞的变化之间的关系和glycome的变化。

SUGAR-seq(表面蛋白聚糖和RNA-seq),多通道方法单细胞转录组的分析和表面N-linked糖基化,2021年报告。这种方法是首先将转录组细胞的多糖,给科学家一个路线确定机械的两者之间的联系。一个2022年的研究杠杆SUGAR-seq数据与深度学习模型来预测小鼠T淋巴细胞的多糖配置文件。进一步的分析确定基因与高或低聚糖表达,也影响过程调节t细胞分化和功能。这些发现说明了潜在的单细胞multiomics了解基因表达模式影响糖基化和异质性,进而影响至关重要的生物过程。

解锁新方法癌症研究、诊断和治疗

糖基化的变化往往是疾病的指纹,和癌症也不例外。研究人员发现进展缓慢但稳定癌症相关的变化糖基化和聚糖在肿瘤发生和的作用进展。这种关系形成了新方法的支柱诊断和治疗癌症。例如,血清免疫球蛋白的变化(即免疫球蛋白)提出一个糖基化模式新类的生物标志物大肠癌、乳腺癌、前列腺癌、肺癌和其他癌症。通过关注这些多糖目标,研究人员可以开发非常具体和广泛的癌症的非侵入性诊断方法。

这些异常糖基化模式也是一个可行的目标等新型癌症治疗的抗体药物配合,汽车t细胞疗法和免疫抑制剂检查站。免疫抑制剂如pembrolizumab检查站(Keytruda)和atezolizumab (Tecentriq)显著提高病人的结果,但是新方法是必要的实现长远利益对于大多数病人。疗法的研究目标glyco-immune检查点多糖结合位点,可以调节免疫反应,显示有前景的结果在促进抗肿瘤免疫力。此外,小说肿瘤特异性抗体聚糖可以改善汽车的t细胞疗法。一个例子是CART-TnMUC1,试验性治疗针对肿瘤相关糖蛋白MUC1的替代形式。一个1期临床试验CART-TnMUC1最近完成了登记和,而结果尚未公布,初步研究结果显示没有证据表明肿瘤的毒性或安全隐患。因为研究人员能够更好地了解疾病糖生物学的领域可以利用一系列新的目标像TnMUC1诊断和药物。

在免疫功能糖生物学的关键作用

多年来我们已经知道聚糖和凝集素的相互作用,carbohydrate-binding蛋白质,是关键感染和免疫力。细胞表面多糖概要文件的重要组成部分“自我”和“其他”的决心,多糖结构更种专一性比蛋白质、核酸和其他生物分子。哺乳动物的免疫系统,凝集素识别pathogen-specific聚糖和引发免疫反应,和淋巴细胞的多糖配置文件用于直接迁移到网站的炎症。

COVID-19大流行引发新的兴趣糖基化在病毒感染的作用。Glycosites SARS-CoV-2飙升(年代)蛋白质保护关键领域从免疫识别,影响灵敏度中和抗体和受体结合域稳定在一个“向上”允许绑定ACE2的构象。反过来,ACE2在宿主细胞受体糖基化也会影响病毒附件和传染性。这些变量为预防和治疗提供许多途径SARS-CoV-2感染。一个2022研究证明了发展的潜力“pan-coronavirus”来自一个令人惊奇的抑制蛋白源:香蕉。研究人员研制出一种香蕉植物血凝素(BanLec)识别high-mannose聚糖在病毒表面同时最小化lectin-induced mitogenicity。H84TBanLec证明有效的在体外和在活的有机体内针对high-mannose病毒的活动,包括人类免疫缺陷病毒(HIV),埃博拉病毒,MERS-CoV SARS-CoV-2。虽然疗法采用BanLec不太可能很快上市,这令人兴奋的发现强调了glycobiology-focused干预的潜在传染性疾病。

一个glycobiologist在聚光灯下

2022年诺贝尔化学奖授予三位科学家bioorthogonal化学并点击化学的发展。虽然这听起来不像一个有效的事件对糖生物学的赢家卡洛琳博士贝尔托齐斯坦福大学教授长期以来一直是领先领域的专家。在2000年代早期,贝尔托齐开始利用点击化学在活细胞中,发展bioorthogonal反应发生在活的有机体内在不影响正常细胞的生物化学。这使得她的实验室进一步分支方法探索和描述细胞结构和功能,包括一个动态成像方法在活细胞聚糖和脂质。最近的研究建立在bioorthogonal reaction-based多糖成像使用bioorthogonal糖蛋白标签来区分细胞line-specific糖基化的网站。

Bioorthogonal反应也作为一种新颖的方式发展受到关注的抗癌疗法和其他靶向药物。最近的研究表明bioorthogonal多糖化学可用于标签,然后单击可视化肿瘤特异性聚糖在癌症亚型和准确的交付疗法。贝尔托齐获得诺贝尔奖也代表了一个更广泛的潜在糖生物学研究,使更多的认知领域通过与她的成功。焦点放在点击化学的背景下探索细胞表面聚糖可能激发一个上升在这个应用程序中,进一步让研究人员揭开glycome的复杂性。

展望未来的领域

越来越多的糖生物学文献表明,无疑是获得动力。我们开始看到,一次又一次;糖生物学有潜力成为一个强大的杠杆在推进诊断,药物发现和更多。虽然一些该领域的相信这是接近“临界质量”,仍然有进步在欣赏糖生物学的重要性和发展更先进的工具。它可能有助于研究人员查看糖生物学而不是本身的研究领域作为系统的一个关键组成部分他们已经关注的焦点。随着越来越多的开发工具来研究糖基化,我们可以真正欣赏它的影响的程度。定位一个宝藏只是成功的一半,没有合适的工具来发现和检查背后又隐藏着什么秘密,我们永远无法知道我们发现的真正价值。