Gli scienziati del Dipartimento di Chimica dell'Università di Montréal hanno sviluppato una nuova sonda fluorogenica che può essere utilizzata per rilevare e studiare le interazioni tra due famiglie di biomolecole essenziali per la vita:zuccheri e proteine.
Le scoperte del professor Samy Cecioni e dei suoi studenti, che aprono la strada a un'ampia gamma di applicazioni, sono state pubblicate a metà ottobre in Angewandte Chemie International Edition .
Lo zucchero è onnipresente nella nostra vita, presente in quasi tutti gli alimenti che mangiamo. Ma l’importanza di questi carboidrati semplici va ben oltre i gustosi dessert. Gli zuccheri sono vitali praticamente per tutti i processi biologici negli organismi viventi ed esiste una grande diversità di molecole di zucchero presenti in natura.
"Tutte le cellule che compongono gli organismi viventi sono ricoperte da uno strato di molecole a base di zucchero conosciute come glicani", ha detto Cecioni. "Gli zuccheri sono quindi in prima linea in quasi tutti i processi fisiologici e svolgono un ruolo fondamentale nel mantenimento della salute e nella prevenzione delle malattie."
"Per molto tempo", ha aggiunto, "gli scienziati hanno creduto che gli zuccheri complessi presenti sulla superficie delle cellule fossero semplicemente decorativi. Ma ora sappiamo che questi zuccheri interagiscono con molti altri tipi di molecole, in particolare con le lectine, una grande famiglia delle proteine."
Come gli zuccheri, le lectine si trovano in tutti gli organismi viventi. Queste proteine hanno la capacità unica di riconoscere e attaccarsi temporaneamente agli zuccheri. Tali interazioni si verificano in molti processi biologici, come durante la risposta immunitaria innescata da un'infezione.
Le lectine stanno attirando molta attenzione in questi giorni. Questo perché gli scienziati hanno scoperto che il fenomeno dell'"adesione" delle lectine agli zuccheri gioca un ruolo chiave nella comparsa di numerose malattie.
"Più studiamo le interazioni tra zuccheri e lectine, più ci rendiamo conto di quanto siano importanti nei processi patologici", ha affermato Cecioni. "Gli studi hanno dimostrato come tali interazioni siano coinvolte nella colonizzazione dei batteri nei nostri polmoni, nei virus che invadono le nostre cellule e persino nelle cellule tumorali che ingannano il nostro sistema immunitario facendogli credere che siano cellule sane."
Ci sono ancora molti pezzi mancanti nel puzzle su come si svolgono le interazioni tra zuccheri e lectine perché sono così difficili da studiare. Questo perché queste interazioni sono transitorie e deboli, rendendo il rilevamento una vera sfida.
Due degli studenti di Cecioni, la candidata al master Cécile Bousch e il Ph.D. il candidato Brandon Vreulz, ha avuto l'idea di utilizzare la luce per rilevare queste interazioni. I tre ricercatori si misero al lavoro per creare una sorta di sonda chimica capace di "congelare" l'incontro tra zucchero e lectina e renderlo visibile attraverso la fluorescenza.
L'interazione tra zucchero e lectina può essere descritta utilizzando una relazione "serratura e chiave", dove la "chiave" è lo zucchero e la "serratura" è la lectina. I chimici hanno già creato molecole in grado di bloccare questa interazione serratura-chiave e ora possono identificare esattamente quali zuccheri si legano alle lectine di grande interesse per la salute umana.
"La nostra idea era di etichettare le molecole di zucchero con un cromoforo, una sostanza chimica che conferisce alla molecola il suo colore", ha spiegato Cecioni. "Il cromoforo è in realtà fluorogenico, il che significa che può diventare fluorescente se il legame dello zucchero con la lectina viene catturato in modo efficiente. Gli scienziati possono quindi studiare i meccanismi alla base di queste interazioni e i disturbi che possono verificarsi."
Cecioni e i suoi studenti sono fiduciosi che la loro tecnica possa essere utilizzata con altri tipi di molecole. Potrebbe anche essere possibile controllare il colore delle nuove sonde etichettate in modo fluorescente che vengono create.
Rendendo possibile visualizzare le interazioni tra le molecole, questa scoperta offre ai ricercatori un nuovo prezioso strumento per studiare le interazioni biologiche, molte delle quali sono fondamentali per la salute umana.
Ulteriori informazioni: Cécile Bousch et al, Foto-reticolazione fluorogenica del riconoscimento delle proteine leganti i glicani utilizzando un fucoside azido-cumarina fluorurato, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202314248
Informazioni sul giornale: Edizione Internazionale Angewandte Chemie
Fornito dall'Università di Montreal
