28 de fevereiro 2018 - Quase todas as células vivas são salpicadas de cadeias ramificadas de carboidratos chamados glicanos. Os glicanos desempenham diversos papéis na formação de como uma célula interage com seu ambiente.

Agora, pesquisadores do The Scripps Research Institute (TSRI) descreveram um novo método para adornar células com vários glicanos e rastrear as interações entre glicanos e proteínas. Sua descoberta, publicado hoje em Nature Communications , pode expandir a pesquisa sobre as funções dos glicanos em doenças humanas, incluindo câncer.

"Os cientistas vêm tentando fazer matrizes de glicano que todos os cientistas interessados ​​em glicanos possam acessar em seus próprios laboratórios há anos, "diz Peng Wu, PhD, um professor associado da TSRI e autor sênior do estudo. "Nós não apenas fizemos isso, mas fizemos isso de uma maneira muito fácil. "

Pesquisadores resolvem problema na triagem de glicano

Os padrões de glicanos e proteínas de ligação a glicanos na membrana de uma célula podem diferenciar as células cancerosas das células saudáveis, controlam os papéis das células no desenvolvimento e contribuem para diversas interações entre as células adultas. As doenças genéticas que afetam a capacidade das células de criar glicanos de maneira adequada podem encurtar a expectativa de vida e causar problemas musculoesqueléticos.

Mas estudar glicanos tem sido notoriamente complicado. Embora os cientistas saibam como sintetizar diversas proteínas e moléculas de DNA no laboratório, a criação de glicanos sob demanda tem sido um desafio químico.

Para estudar quais proteínas em uma célula interagem com moléculas de glicano, pesquisadores normalmente se voltam para matrizes de ligação de glicano, em que dezenas ou centenas de glicanos são fixados em uma lâmina de vidro. Os pesquisadores então expõem a lâmina a células ou proteínas de interesse e observam se as células ou proteínas aderem aos glicanos na lâmina. Mas fazer essas matrizes é demorado e caro.

"No passado, se você quiser fazer uma matriz com 100 açúcares, então você teve que sintetizar quimicamente 100 açúcares individualmente, o que pode ser difícil, "disse Wu." Apenas químicos especializados em carboidratos podem produzi-los em certos laboratórios. "

Em vez disso, Wu e seus colegas decidiram aproveitar o poder das enzimas que as células usam naturalmente para produzir glicanos. Essas enzimas funcionam em etapas para criar glicanos ramificados - um pequeno pedaço de açúcar é feito por uma enzima especializada, em seguida, outra enzima cria o próximo ramo da cadeia, e assim por diante. Os pesquisadores descobriram que mesmo açúcares não naturais relacionados à estrutura podem ser adicionados dessa forma.

A equipe de Wu começou com células de ovário de roedores mutantes que tinham um repertório muito estreito de glicanos em sua superfície. Este era um sistema mais simples do que usar células humanas com muitos tipos de glicanos. Os pesquisadores então expuseram as células a diferentes conjuntos de enzimas criadoras de glicano para controlar a adição de ramos de carboidratos aos glicanos em cada célula.

Com este método, eles criaram matrizes de células, cada uma cravejada de glicanos diferentes, incluindo os não naturais.

"A única limitação são as enzimas que temos disponíveis, e o fato de que você tem que começar com células que já têm glicosilação simples, "disse Wu." Mas fomos capazes de criar todos os glicanos que queríamos. "

Colocando a biblioteca em teste

Para testar a utilidade da nova matriz de células, Wu e seus colegas examinaram uma série de células, cada um exibindo um glicano diferente, para determinar quais vinculados ao Siglec-15, uma proteína de ligação ao glicano conhecida que desempenha um papel no desenvolvimento e remodelação óssea. Siglec-15 é considerado um alvo potencial para medicamentos que tratam a osteoporose pós-menopausa, portanto, entender como ele interage com os carboidratos é fundamental. A equipe identificou três estruturas com forte ligação ao Siglec-15.

Os pesquisadores então incubaram células osteoprogenitoras humanas com células de ovário de roedores mutantes exibindo uma das três estruturas durante a diferenciação. A equipe descobriu que esse processo suprimiu a formação de osteoclastos, uma célula óssea que expressa Siglec-15 que absorve tecido ósseo durante o crescimento e a cicatrização. Essa descoberta reforça a ideia de que Siglec-15 é um bom alvo para tratamentos de osteoporose, e que a nova estratégia de triagem de glicano pode indicar aos pesquisadores novos medicamentos promissores.

"Não sabemos se isso será usado na ampla comunidade - depende da disponibilidade de enzimas e células, "diz Wu." Mas se um monte de células com glicanos simples e homogêneos puder ser disponibilizado, isso seria enorme para o campo. "