Кіріспе
Гликобиология журналы – табиғатта кеңінен таралған сахаридтердің (қант тізбектері немесе гликан) құрылымын, биосинтезін және биологиясын зерттейтін ғылым. Қанттар немесе сахаридтер – барлық тірі организмдердің маңызды құрамдас бөліктері және олардың биологиядағы әртүрлі атқаратын рөлдерінің түрлі аспектілері медицина, биохимия және биотехнология салаларында зерттеледі.
Defined in the narrowest sense, glycobiology is the study of the structure, biosynthesis, and biology of saccharides (sugar chains or glycans) that are widely distributed in nature. Sugars or saccharides are essential components of all living things and aspects of the various roles they play in biology are researched in various medical, biochemical and biotechnological fields.
Тарих
Оксфорд ағылшын сөздігінде 1988 жылы профессор Реймонд Двек көмірсу химиясы мен биохимияның дәстүрлі салаларының тоғысуын мойындау үшін "гликобиология" терминін енгізген. Бұл тоғысу гликанның жасушалық және молекулалық биологиясы туралы терең түсінікке байланысты болды. Дегенмен, XIX ғасырдың соңында Эмиль Фишер негізгі қант молекулаларының құрылымын анықтау бойынша алғашқы қадамдар жасады. Жыл сайын Гликобиология қоғамы гликобиология саласындағы өмірлік жетістіктері үшін Розалинд Корнфельд сыйлығын табыстайды.
Гликоконъюгаттар
Қанттар басқа биологиялық молекулалармен байланысып, гликоконъюгаттарды құрайды. Гликозилдеудің ферментативтік процесі қанттар/сахаридтерді өздерімен және басқа молекулалармен гликозидтік байланыс арқылы байланыстырып, осылайша гликандарды жасайды. Гликопротеиндер, протеогликандар және гликолипидтер сүтқоректілер жасушаларында ең көп кездесетін гликоконъюгаттар болып табылады. Олар негізінен жасушаның сыртқы мембранасында және секрецияланған сұйықтықтарда табылсады. Гликоконъюгаттар жасушалардың өзара әрекеттесуінде маңызды рөл атқаратыны көрсетілген, себебі жасуша бетінде гликоконъюгаттармен қатар, әртүрлі гликанды байланыстыратын рецепторлар да бар. Белоктың бүктелуі мен жасушалық адгезиядағы функцияларына қоса, белоктың N-байланысты гликандары белоктың қызметін өзгерте алады, кейбір жағдайларда оны қосу/өшіру механизмі ретінде қызмет етеді.
Шәкәр құрылымын зерттеудегі қиындықтар
Сахаридтер құрылымындағы айырмашылықтың бір бөлігі моносахаридтердің ақуыздардың аминокислоталары немесе ДНК-дағы нуклеотидтер сияқты әрқашан бір стандартты тәсілмен емес, әртүрлі жолдармен байланыса алуында. Гликан құрылымдарын зерттеу олардың биосинтезіне тікелей үлгінің болмауынан да қиындатылады, ақуыздардағыдай, олардың аминокислоталар тізбегі тиісті генмен анықталады. Гликандар – екіншілік ген өнімдері, сондықтан олар жасушаның ішкі құрылымдық бөлімдерінде көптеген ферменттердің үйлесімді әрекеті арқылы пайда болады. Гликанның құрылымы әртүрлі биосинтездік ферменттердің экспрессиясына, активтілігіне және қолжетімділігіне байланысты бола алатындықтан, ақуыздардағыдай, олардың құрылымдық және функционалдық зерттеулері үшін үлкен мөлшерде гликан өндіру үшін рекомбинантты ДНК технологиясын қолдану мүмкін емес.
Гликан құрылымын болжаудың заманауи құралдары мен әдістері
Алдын-ала талдау құралдары мен бағдарламалық жасақтамаларды біріктіріп қолданғанда, гликан құрылымдарының құпиясын ашуға болады. Гликандардың құрылымдық белгілемесі мен талдауының қазіргі заманғы әдістеріне сұйық хроматография (LC), капиллярлық электрофорез (CE), массалық спектрометрия (MS), ядролық магниттік резонанс (NMR) және лектин массивтері кіреді. Массалық спектрометрия – ең көп қолданылатын әдістердің бірі, ол үш негізгі бөліктен тұрады: ионизатор, анализатор және детектор. Функционалдық гликомика консорциумы және Z Biotech LLC ұсынатын гликан массивтерінде көмірсулардың қосылыстары бар, оларды лектиндермен немесе антиденелермен тексеру арқылы көмірсулардың ерекшелігін анықтап, лигандтарды табуға болады.
Бірнеше реакцияны бақылау (MRM)
МРМ – бұл жақында сайтқа тән гликозилдеу профильдеуі үшін қолданыла бастаған массалық спектрометрияға негізделген техника. МРМ метаболомика және протеомикада кеңінен қолданылғанмен, оның жоғары сезімталдығы және кең динамикалық диапазон бойынша сызықты жауабы гликан биомаркерлерін зерттеу және табу үшін ерекше қолайлы етеді. МРМ үштік квадруполь (QqQ) құралында жүргізіледі, ол бірінші квадрупольде алдын ала анықталған прекурсор ионын, соқтығысу квадруполінде фрагменттелген ионды және үшінші квадрупольде алдын ала анықталған фрагмент ионын анықтауға бағытталған. Бұл сканерлеуді қажет етпейтін техника, онда әрбір өту жеке-жеке анықталады және бірнеше өтулерді анықтау жұмыс циклдарында бір уақытта жүзеге асырылады. Жаңа және әртүрлі әсер ету механизмдері бар қатерлі ісікке қарсы препараттар, сондай-ақ қабынуға қарсы және инфекцияға қарсы препараттар қазіргі уақытта клиникалық сынақтардан өтуде. Олар қазіргі емдеуді жеңілдетуі немесе толықтыруы мүмкін. Гликан молекулалары өте күрделі құрылымына байланысты қайталанатын тәсілмен синтездеу қиын болғанымен, осы жаңа зерттеу саласы болашаққа үлкен үміт сыйлайды.