28 febbraio 2018—Quasi ogni cellula vivente è costellata di catene ramificate di carboidrati chiamati glicani. I glicani svolgono ruoli diversi nel plasmare il modo in cui una cellula interagisce con il suo ambiente.

Ora, i ricercatori dello Scripps Research Institute (TSRI) hanno descritto un nuovo metodo per adornare le cellule con vari glicani e per schermare le interazioni tra glicani e proteine. La loro svolta, pubblicato oggi in Comunicazioni sulla natura , può ampliare la ricerca sui ruoli dei glicani nelle malattie umane, compresi i tumori.

"Gli scienziati hanno cercato di creare array di glicani a cui ogni scienziato interessato ai glicani può accedere nei propri laboratori per anni, "dice Peng Wu, dottorato di ricerca, un professore associato TSRI e autore senior dello studio. "Non solo l'abbiamo fatto, ma lo abbiamo fatto in un modo molto semplice".

I ricercatori risolvono il problema nello screening dei glicani

I modelli di glicani e proteine ​​leganti i glicani sulla membrana di una cellula possono differenziare le cellule cancerose da cellule sane, controllano i ruoli delle cellule nello sviluppo e contribuiscono a diverse interazioni tra le cellule adulte. Le malattie genetiche che influenzano la capacità delle cellule di creare correttamente glicani possono ridurre la durata della vita e portare a problemi muscoloscheletrici.

Ma studiare i glicani è stato notoriamente complicato. Mentre gli scienziati sanno come sintetizzare diverse proteine ​​e molecole di DNA in laboratorio, la creazione di glicani su richiesta è stata chimicamente impegnativa.

Per studiare quali proteine ​​in una cellula interagiscono con le molecole di glicani, i ricercatori si sono in genere rivolti a array di legame di glicani, in cui dozzine o centinaia di glicani sono attaccati a un vetrino. I ricercatori espongono quindi il vetrino alle cellule o alle proteine ​​di interesse e osservano se le cellule o le proteine ​​si attaccano ai glicani sul vetrino. Ma realizzare questi array richiede tempo e denaro.

"Nel passato, se volessi fare un array con 100 zuccheri, poi dovevi sintetizzare chimicamente 100 zuccheri singolarmente, che può essere difficile, " dice Wu. "Solo i chimici specializzati in carboidrati possono farli in alcuni laboratori."

Wu e i suoi colleghi hanno invece deciso di sfruttare il potere degli enzimi che le cellule usano naturalmente per produrre glicani. Questi enzimi lavorano in modo graduale per creare glicani ramificati:un piccolo pezzo di zucchero è prodotto da un enzima specializzato, poi un altro enzima crea il ramo successivo nella catena, e così via. I ricercatori hanno scoperto che anche gli zuccheri innaturali strutturalmente correlati possono essere aggiunti in questo modo.

Il team di Wu ha iniziato con cellule ovariche di roditore mutate che avevano un repertorio molto ristretto di glicani sulla loro superficie. Questo era un sistema più semplice rispetto all'utilizzo di cellule umane con molti tipi di glicani. I ricercatori hanno quindi esposto le cellule a diversi set di enzimi che creano glicani per controllare l'aggiunta di rami di carboidrati ai glicani su ciascuna cellula.

Con questo metodo, hanno creato array di cellule ciascuna costellata di glicani diversi, compresi quelli innaturali.

"L'unico limite sono gli enzimi che abbiamo a disposizione, e il fatto che devi iniziare con cellule che hanno già una glicosilazione semplice, " dice Wu. "Ma siamo stati in grado di creare tutti i glicani che volevamo".

Mettere alla prova la biblioteca

Per testare l'utilità del nuovo array di celle, Wu e i suoi colleghi hanno esaminato una serie di cellule, ciascuno che mostra un diverso glicani, per determinare quali sono legati a Siglec-15, una nota proteina legante i glicani che svolge un ruolo nello sviluppo e nel rimodellamento osseo. Siglec-15 è considerato un potenziale bersaglio per i farmaci che trattano l'osteoporosi postmenopausale, quindi capire come interagisce con i carboidrati è fondamentale. Il team ha identificato tre strutture con un forte legame con Siglec-15.

I ricercatori hanno quindi incubato cellule osteoprogenitrici umane con cellule ovariche di roditore mutate che mostravano una delle tre strutture durante la differenziazione. Il team ha scoperto che questo processo ha soppresso la formazione di osteoclasti, una cellula ossea che esprime Siglec-15 che assorbe il tessuto osseo durante la crescita e la guarigione. Questa scoperta rafforza l'idea che Siglec-15 sia un buon obiettivo per i trattamenti dell'osteoporosi, e che la nuova strategia di screening dei glicani può indirizzare i ricercatori verso nuovi farmaci promettenti.

"Non sappiamo se questo verrà utilizzato nell'ampia comunità:dipende dalla disponibilità di enzimi e cellule, " dice Wu. "Ma se un intero gruppo di cellule con glicani semplici e omogenei può essere reso disponibile, sarebbe enorme per il campo".