Come le persone che compongono, le cellule comunicano scontrandosi e scambiandosi strette di mano. A differenza delle persone, le cellule eseguono queste strette di mano utilizzando la vasta gamma di molecole di zucchero che rivestono la loro superficie come gli alberi che ricoprono un paesaggio. Le strette di mano tra queste molecole di zucchero, o glicani, stimolano le cellule a reagire in modi specifici l'una verso l'altra, ad esempio scappando, ignorando o distruggendo.
Capire il "linguaggio del corpo" dei glicani durante queste strette di mano può fornire indizi su come funzionano i tumori, le infezioni e il sistema immunitario, nonché soluzioni alle sfide di salute e sostenibilità che la società deve affrontare oggi.
Ogni molecola di glicano è costituita da una rete di singole molecole di zucchero legate insieme. Il vasto numero di possibili strutture di glicani che possono essere costruite collegando insieme queste molecole di zucchero consente ai glicani di immagazzinare ricche informazioni.
Poiché tutte le cellule viventi sono ricoperte di zuccheri, i glicani agiscono come carte d’identità per le cellule. Mostrano l'identità della cellula, ad esempio se si tratta di un batterio o di una cellula umana, e il suo stato, ad esempio se è sana o cancerosa, al resto del corpo e consentono ad altre cellule di riconoscerla e rispondere ad essa. Ad esempio, questi segni identificativi consentono alle nostre cellule immunitarie di riconoscere ed eliminare batteri dannosi e cellule cancerose lasciando in pace le cellule sane.
Un esempio di come le informazioni memorizzate sui glicani siano importanti per la vita quotidiana è il gruppo sanguigno. I glicani sono legati chimicamente alle proteine e ai lipidi sulla superficie dei globuli rossi. In particolare, la superficie dei globuli rossi di tipo A ha glicani che differiscono dai glicani sulla superficie dei globuli rossi di tipo B e di tipo O. Sapere quale gruppo sanguigno hai è importante per evitare una risposta immunitaria indesiderata durante le trasfusioni di sangue.
Le proteine decorate con glicani, o glicoproteine, e i lipidi decorati con glicani, o glicolipidi, sono onnipresenti in natura.
Ad esempio, glicoproteine distintive ricoprono la superficie dei virus che causano l’influenza COVID-19, HIV e H1N1 e li aiutano a infettare le cellule. I glicolipidi rivestono anche molti batteri, consentendo loro di aderire ai loro ospiti e proteggerli da virus e cellule immunitarie.
Più recentemente, i ricercatori hanno scoperto pezzi di materiale genetico decorati con glicani sulla superficie delle cellule dei mammiferi, sfidando la nozione di lunga data secondo cui il materiale genetico potrebbe essere trovato solo nel nucleo delle cellule e avviando la ricerca per determinare le funzioni di questi glicani. Uno studio recente ha dimostrato che queste molecole sono vitali per attirare le cellule immunitarie verso i tessuti infetti o danneggiati.
Oltre alle ricche informazioni biologiche contenute nei glicani, la loro posizione facilmente accessibile sulle superfici cellulari li rende obiettivi molto attraenti nella ricerca scientifica e nello sviluppo di farmaci.
Le cellule percepiscono i glicani sulla superficie di altre cellule utilizzando, tra le altre, proteine chiamate lectine. Ogni lectina ha un'area unica che le consente di legarsi ai glicani con una sequenza specifica corrispondente, innescando segnali complessi che portano a un'azione biologica.
Ad esempio, una sottofamiglia di lectine chiamata lectine di tipo C è in grado di riconoscere i glicani specifici sulle pareti esterne di virus, funghi e batteri dannosi. Presenti sulla superficie di alcune cellule immunitarie, queste lectine trasportano i glicani alle proteine di altre cellule immunitarie che ora possono distruggere selettivamente qualsiasi virus o cellula che trasporta quel glicano. Questo processo consente al sistema immunitario di ripulire il corpo dagli agenti patogeni dannosi. Ad esempio, queste lectine riconoscono i glicani sulla superficie delle cellule tumorali e indirizzano altre cellule immunitarie a eliminare queste cellule tumorali.
Un altro tipo di lectina, chiamato siglec, si trova sulle superfici delle cellule immunitarie e le aiuta a distinguere il sé dal non sé, cioè tra le cellule che compongono il corpo e le cellule estranee al corpo. Poiché i siglec sono coinvolti nel controllo del modo in cui il sistema immunitario risponde a molti tumori, allergie, malattie autoimmuni e neurodegenerazione, offrono l'opportunità di trattare queste condizioni.
Il successo iniziale dei farmaci a base di glicani è esemplificato dal vaccino Prevnar della Pfizer per prevenire la polmonite batterica, approvato dalla Food and Drug Administration nel 2010. Prevnar contiene glicani di vari ceppi di Streptococcus pneumoniae, la principale causa di polmonite batterica nei bambini e negli adolescenti. adulti. I glicani batterici presenti nel vaccino innescano una risposta immunitaria quando le cellule immunitarie riconoscono i glicani come minacce estranee. Una volta che le cellule immunitarie imparano a neutralizzare la minaccia, il corpo diventa immune alla futura invasione da parte di batteri con gli stessi glicani.
Poiché gli scienziati non sono ancora in grado di estrarre tutte le informazioni biologiche contenute nei glicani, il loro pieno potenziale come trattamento è rimasto inutilizzato. Estrarre in modo completo tutte le informazioni memorizzate nei glicani è molto difficile perché attualmente non esiste una tecnologia in grado di analizzare le strutture complesse e diversificate dei glicani. I ricercatori non sanno ancora come siano questi "codici dello zucchero" e come funzionino.
I singoli glicani sono composti da molecole di zucchero in disposizioni uniche, ma gli attuali strumenti analitici possono analizzare solo simultaneamente molti glicani. Per capire perché questo costituisce un problema per l’analisi, immaginiamo tutti i glicani in una cellula come caramelle in un barattolo. Alcuni di loro hanno gli stessi colori e altri no. Sarebbe difficile identificare e quantificare il colore di ogni caramella nel barattolo se non riesci a versarle per selezionarle individualmente.
Il mio laboratorio sta affrontando questa sfida sviluppando una tecnologia di imaging in grado di analizzare la struttura dei glicani visualizzando ogni singola molecola. In sostanza, stiamo sviluppando una tecnica per aprire il barattolo e studiare ogni singola caramella una alla volta.
A lungo termine, il mio team aspira a svelare come questi glicani si presentano alle proteine che li riconoscono e, infine, a rivelare il linguaggio stesso che le cellule utilizzano per esprimersi.
Fornito da The Conversation
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