Terwijl er grote stappen zijn gezet in genomics, metabolomica, of eiwit- en lipidenonderzoek, glycosylering blijft grotendeels onontgonnen op de proteoomschaal. Er zijn beperkte technologieën voor het profileren van het complexe glycoproteoom. Glycoproteïnen kunnen niet alleen verschillen door het aantal en de locatie van glycosieten, maar ook door de samenstelling en structuur van elk glycaan. Glycoproteomics is "een van de belangrijkste grenzen van de levenswetenschappen, " zegt studieleider Josef Penninger, MD, IMBA-directeur.

Om de technische beperkingen die het veld hebben belemmerd te overwinnen, De groep van Penninger ontwikkelde massaspectrometriemethoden en -algoritmen die uiteindelijk zowel de uitgebreide identificatie van complexe suikerstructuren als het in kaart brengen ervan naar plaatsen binnen de overeenkomstige eiwitten mogelijk maken. Hun nieuwe vergelijkende glycoproteomics-platform is gepubliceerd in het huidige nummer van Natuur . Genoemd SugarQb, voor suikerkwantitatieve biologie, hun aanpak maakt wereldwijd inzicht mogelijk in eiwitglycosylering en glycaanmodificaties in biologische systemen. Ze pasten dit platform toe op twee opwindende proof-of-principle-studies - een analyse van embryonale stamcelglycoproteomen, en de identificatie van glycoproteïnen die nodig zijn voor ricinetoxiciteit.

Met behulp van de nieuwe SugarQb-methodologie, de auteurs stelden een eerste ontwerp op van de glycoproteomen van muizen- en menselijke embryonale stamcellen. Hun resultaten verdubbelden bijna het aantal van alle bekende glycoproteïnen in de hele literatuur. Ze ontdekten ook meerdere nieuwe geglycosyleerde eiwitten, inclusief evolutionair geconserveerde en soortspecifieke suikermodificaties in pluripotentiefactoren van muizen en menselijke stamcellen. Veel van de geglycosyleerde eiwitten die ze hebben blootgelegd, lokaliseren op het plasmamembraan en zijn betrokken bij cel-naar-cel-signalering, cel interacties, evenals de embryonale ontwikkeling.

Ricine is een zeer giftig plantentoxine en biowapen. De smokkel van ricine geeft aanleiding tot bezorgdheid dat het door terroristen en terroristische organisaties zou kunnen worden gebruikt. Verschillende Amerikaanse politici – waaronder president Barack Obama – ontvingen brieven met sporen van het gif. Er zijn momenteel geen antidota voor blootstelling aan ricine – dus verschillende groepen, van farmaceutische bedrijven tot het leger, zijn geïnteresseerd in het identificeren van therapieën om ricinetoxiciteit te behandelen of te voorkomen. De groep van Penninger had net eerder ontdekt dat mutante cellen defectief zijn voor fucosylering, een soort glycosylering die fucosesuikers toevoegt, waren resistent tegen ricine. Echter, de gefucosyleerde doelen die ricine-toxiciteit ondersteunen, waren onbekend.

Met behulp van SugarQb, de eerste auteurs Jasmin Taubenschmid, PhD student bij IMBA, en proteoom-onderzoeker Johannes Stadlmann, konden nu de glycoproteomen van deze ricine-resistente cellen verkrijgen:de glycoproteïnen die in de mutante cellen waren veranderd, zouden een rol kunnen spelen in hun resistentie. Inderdaad, het team ontdekte zes nieuwe spelers die ricine-toxiciteit orkestreren. Verlies van een van deze eiwitten maakte menselijke cellen ricine-resistent, net als de cellen die defect zijn voor fucosylering. Hun bevindingen suggereren dat fucosylering van deze nieuwe spelers nodig is voor ricinegevoeligheid en biedt veel nieuwe therapeutische doelen voor het ontdekken van geneesmiddelen.

SugarQb is gratis beschikbaar voor alle wetenschappers. "We hopen dat ons platform onderzoeksteams over de hele wereld in staat zal stellen dit onbekende gebied in kaart te brengen door de suikerstructuren en hun posities op de overeenkomstige eiwitten te identificeren, " zegt Johannes Stadlmann. "Glycosylering speelt een fundamentele rol bij veel ziekten, inclusief kanker – SugarQb stelt wetenschappers in staat om nieuwe mechanismen in de biologie en behandelingsstrategieën voor ziekten te ontdekken. Het kan ook door clinici worden gebruikt om afwijkende glycoproteomische handtekeningen te definiëren als biomarkers van ziekte en om reacties op therapie te volgen, " voegt Josef Penninger toe, laatste auteur en wetenschappelijk directeur van IMBA.