Considerando che sono state fatte importanti incursioni nella genomica, metabolomica, o ricerca su proteine e lipidi, la glicosilazione rimane in gran parte inesplorata su scala proteomica. Esistono tecnologie limitate per la profilazione del complesso glicoproteoma. Le glicoproteine possono differire non solo per il numero e la posizione dei glicositi, ma anche dalla composizione e struttura di ciascun glicano. La glicoproteomica è "una delle principali frontiere delle scienze della vita, "dice il leader dello studio Josef Penninger, dottore, Direttore dell'IMBA.
Per superare i limiti tecnici che hanno ostacolato il settore, Il gruppo di Penninger ha sviluppato metodi e algoritmi di spettrometria di massa che alla fine consentono sia l'identificazione completa di complesse strutture di zucchero sia la loro mappatura ai siti all'interno delle proteine corrispondenti. La loro nuova piattaforma comparativa sulla glicoproteomica è pubblicata nell'attuale numero di Natura . Definito SugarQb, per la biologia quantitativa dello zucchero, il loro approccio consente approfondimenti globali sulla glicosilazione delle proteine e sulle modifiche dei glicani nei sistemi biologici. Hanno applicato questa piattaforma a due interessanti studi di prova del principio:un'analisi dei glicoproteomi delle cellule staminali embrionali, e l'identificazione delle glicoproteine necessarie per la tossicità della ricina.
Utilizzando la nuova metodologia SugarQb, gli autori hanno stabilito una prima bozza dei glicoproteomi di cellule staminali embrionali murine e umane. I loro risultati hanno quasi raddoppiato il numero di tutte le glicoproteine conosciute nell'intera letteratura. Hanno anche scoperto più nuove proteine glicosilate, comprese modificazioni dello zucchero conservate evolutivamente e specie-specifiche nei fattori di pluripotenza delle cellule staminali murine e umane. Molte delle proteine glicosilate che hanno scoperto si localizzano sulla membrana plasmatica e sono implicate nella segnalazione da cellula a cellula, interazioni cellulari, così come lo sviluppo embrionale.
La ricina è una tossina vegetale altamente velenosa e un'arma biologica. Il contrabbando di ricina solleva preoccupazioni sul fatto che possa essere utilizzato da terroristi e organizzazioni terroristiche. Diversi politici statunitensi, incluso il presidente Barack Obama, hanno ricevuto lettere contenenti tracce del veleno. Attualmente non ci sono antidoti per l'esposizione alla ricina, quindi vari gruppi, dalle aziende farmaceutiche alle forze armate, sono interessati a identificare terapie per trattare o prevenire la tossicità da ricina. Il gruppo di Penninger aveva appena scoperto che le cellule mutanti difettose per la fucosilazione, un tipo di glicosilazione che aggiunge zuccheri fucosio, erano resistenti alla ricina. Però, i bersagli fucosilati che supportano la tossicità della ricina erano sconosciuti.
Usando SugarQb, i primi autori Jasmin Taubenschmid, Dottorando all'IMBA, e il ricercatore di proteoma Johannes Stadlmann, potrebbero ora ottenere i glicoproteomi di queste cellule resistenti alla ricina:le glicoproteine che sono state alterate nelle cellule mutanti potrebbero svolgere un ruolo nella loro resistenza. Infatti, il team ha scoperto sei nuovi giocatori che orchestrano la tossicità della ricina. La perdita di una qualsiasi di queste proteine ha reso le cellule umane resistenti alla ricina, proprio come le cellule difettose per la fucosilazione. I loro risultati suggeriscono che la fucosilazione di questi nuovi giocatori è necessaria per la sensibilità alla ricina e fornisce molti nuovi bersagli terapeutici per la scoperta di farmaci.
SugarQb è disponibile gratuitamente per tutti gli scienziati. "Speriamo che la nostra piattaforma consentirà ai team di ricerca di tutto il mondo di mappare questo territorio inesplorato identificando le strutture degli zuccheri e le loro posizioni sulle proteine corrispondenti, " afferma Johannes Stadlmann. "La glicosilazione svolge un ruolo fondamentale in molte malattie, compreso il cancro –SugarQb consentirà agli scienziati di scoprire nuovi meccanismi in biologia e strategie di trattamento per le malattie. Potrebbe anche essere utilizzato dai medici per definire firme glicoproteomiche aberranti come biomarcatori di malattia e per monitorare le risposte alla terapia, " aggiunge Josef Penninger, ultimo autore e direttore scientifico dell'IMBA.
