Als je aan suiker denkt, je denkt waarschijnlijk aan de zoete, wit, kristallijne tafelsuiker die je gebruikt om koekjes te maken of je koffie zoeter te maken. Maar wist je dat in ons lichaam, eenvoudige suikermoleculen kunnen met elkaar worden verbonden om krachtige structuren te creëren waarvan recent is vastgesteld dat ze verband houden met gezondheidsproblemen, inclusief kanker, veroudering en auto-immuunziekten.

Deze lange suikerketens die elk van onze cellen bedekken, worden glycanen genoemd, en volgens de National Academy of Sciences, het maken van een kaart van hun locatie en structuur zal ons inluiden in een nieuw tijdperk van moderne geneeskunde. Dit komt omdat het menselijke glycoom - de hele verzameling suikers in ons lichaam - nog te ontdekken glycanen bevat die artsen kunnen helpen bij het diagnosticeren en behandelen van hun patiënten.

Dankzij de wereldwijde aandacht die werd vergaard door de voltooiing van het Human Genome Project in 2003, de meeste mensen hebben gehoord over DNA, genomics en zelfs proteomics - de studie van eiwitten. Maar de studie van glycanen, ook wel glycomics genoemd, ligt ongeveer 20 jaar achter op die van andere velden. Een reden voor deze vertraging is dat wetenschappers niet de tools hebben ontwikkeld om snel glycaanstructuren en hun aanhechtingsplaatsen op de cellen van mensen te identificeren. De "suikerlaag" is enigszins een mysterie geweest.

Tot nu, dat is.

Terwijl de meeste laboratoria zich richten op cellulair of moleculair onderzoek, ons lab is toegewijd aan het ontwikkelen van technologie om snel glycaanstructuren en hun aanhechtingsplaatsen te karakteriseren. Ons uiteindelijke doel is om de honderdduizenden suikers en hun locaties op verschillende celtypen te catalogiseren, en vervolgens om deze informatie te gebruiken om medische therapieën op elk individu af te stemmen.

Waarom geven we om glycanen?

In de toekomst, het is waarschijnlijk dat analyse van de glycanen van een individu zal worden gebruikt om ons risico op het ontwikkelen van ziekten zoals reumatoïde artritis te voorspellen, kanker of zelfs voedselallergieën. Dit komt omdat glycoomveranderingen specifiek kunnen worden gekoppeld aan bepaalde ziektetoestanden. Ook, biologische processen zoals veroudering zijn gekoppeld aan ontstekingen in ons glycoom. Het moet nog worden getest of het terugdraaien van deze veranderingen kan helpen bij het voorkomen van ziekte, of zelfs langzame veroudering - een intrigerende mogelijkheid.

Samen met DNA, eiwitten, en vetten, glycanen zijn een van de vier belangrijkste macromoleculen die essentieel zijn voor het leven. Van deze vier, glycanen zijn de uiteindelijke scheidsrechters van hoe onze cellen zich gedragen.

DNA orkestreert hoe we eruit zien, ons vermogen om te denken en te gedragen, en zelfs bepaalt voor welke ziekten we het meest vatbaar zijn. Binnen ons DNA zijn korte segmenten, genen, die vaak instructies bevatten voor het synthetiseren van eiwitten. Eiwitten zijn op hun beurt de "werkpaarden" van de cel, het uitvoeren van veel van de functies die nodig zijn voor het leven.

Echter, hoe een eiwit zich gedraagt, hangt vaak af van welke glycanen eraan vastzitten. Met andere woorden, deze suikermoleculen kunnen grote invloed hebben op hoe onze eiwitten hun werk doen, en zelfs hoe onze cellen zullen reageren op stimuli. Bijvoorbeeld, als u een paar glycanen aan de buitenkant van een cel verandert, het kan die cel ertoe aanzetten om naar een andere locatie in ons lichaam te migreren.

De belangrijkste taak van glycanen is het modificeren van de eiwitten en vetten die zich op het oppervlak van onze cellen bevinden. Samen, ze creëren een dikke suikerlaag rond de cel. Als we het oppervlak van de cel als aarde beschouwen, dan zouden glycanen het wonderbaarlijk diverse plantenleven en gebladerte zijn dat ontkiemt en kleur en identiteit aan de cel geeft. In feite, als je een cel met je blote oog zou kunnen zien, het zou er erg wazig uitzien. Stel je een perzik voor met 10 keer meer fuzz.

Glycanen labelen onze eigen cellen en identificeren ze als 'zelf'

De dons rond een cel is de glycaanlaag. Aan de buitenkant van onze cellen, glycanen zijn het eerste contactpunt voor de meeste cellulaire interacties en beïnvloeden dus hoe onze cellen met elkaar communiceren. Je kunt de glycanen ook zien als een unieke cellulaire 'barcode'. Dus, de fuzz van een niercel zal er anders uitzien dan de fuzz van een immuuncel. Maar er zijn ook overeenkomsten. In feite, de immuuncellen die ons lichaam onderzoeken op zoek naar ziekteverwekkers, weten dat ze onze eigen 'zelf'-cellen niet moeten aanvallen vanwege gemeenschappelijke kenmerken in de glycaan-'barcode' die door alle cellen van ons lichaam worden gedeeld.

In tegenstelling tot, bacteriën en parasieten zoals malaria hebben verschillende "suikerlagen" die niet op menselijke cellen worden gezien. Wanneer bacteriële suikers worden gelabeld als "vreemd, Het immuunsysteem van een persoon richt zich op de bacterie voor vernietiging. sommige schadelijke bacteriële pathogenen zoals groep B streptokokken, die vaak ernstige infecties veroorzaken bij baby's, kan immuundetectie voorkomen door zich voor te doen als menselijke cellen door soortgelijke glycanen als vermomming te dragen - zoals de wolf gekleed in schapenvacht.

Helaas zijn sommige ziekteverwekkers ook in staat onze glycanen te gebruiken om ziektes te veroorzaken. Dodelijke virussen zoals hiv en ebola zijn geëvolueerd om specifieke glycanen vast te pakken die ze vervolgens "vastzetten" terwijl ze onze menselijke cellen infecteren. Therapieën die ofwel de interactie van deze virussen met onze glycanen blokkeren, of die virusspecifieke glycanen aanvallen, kan een nieuwe manier zijn om deze infecties te behandelen.

Nieuw onderzoek heeft ook aangetoond dat glycanen een grote rol spelen bij de ontwikkeling van auto-immuunziekten zoals reumatoïde artritis en auto-immuun pancreatitis. Dit is niet verwonderlijk aangezien glycanen direct de functie van immuuncellen beïnvloeden.

Normaal gesproken, onze immuuncellen fungeren als het "afweersysteem van ons lichaam, en vreemde indringers identificeren en vernietigen, zoals schadelijke bacteriën of virussen. Maar wanneer het lichaam onze eigen cellen ten onrechte als de vijand bestempelt en een interne aanval op zichzelf lanceert, auto-immuniteit is geboren. interessant, in dergelijke gevallen, het zijn de glycanen die aanwezig zijn op de zich misdragende zelfaanvallende antilichamen die de kracht van de aanval op het lichaam zullen dicteren. Deze abnormale immuunrespons kan zelfs gericht zijn tegen glycanen. Bijvoorbeeld, het immuunsysteem kan "eigen" glycanen verwarren alsof het "vreemde" moleculen zijn. Ons onderzoeksteam heeft onlangs een artikel gepubliceerd waarin de glycantheorie van auto-immuniteit werd geïntroduceerd, wat enkele van deze relaties verklaart.

Glycanen in ons voedsel kunnen immuunreacties veroorzaken

Er zijn veel onderzoeken geweest die de consumptie van rood vlees in verband brengen met ziekten zoals atherosclerose en diabetes, maar ze hebben tot voor kort niet kunnen aantonen waarom of hoe dit gebeurt. Een intrigerende studie suggereert dat de boosdoener een suiker was met de onpraktische naam, niet-menselijk siaal N-glycolylneuraminezuur, of kortweg Neu5Gc. Neu5Gc wordt gevonden in alle zoogdieren behalve mensen, omdat de vroege mensen die Neu5Gc konden maken, stierven aan een oude malariaparasiet.

Echter, hoewel we nu niet in staat zijn om Neu5Gc te produceren, ons lichaam heeft nog steeds het vermogen om het op te nemen in de glycanen op onze cellen als we het verkrijgen door rood vlees te eten. Zodra het onderdeel wordt van de glycaanlaag van onze cellen, onze cellen hebben dan een "vreemde" stof - Neu5Gc - om hen heen. Dit kan ontstekingen door het hele lichaam veroorzaken, omdat ons immuunsysteem Neu5Gc als "vreemd" herkent en het aanvalt. De chronische ontsteking veroorzaakt door deze interne aanvallen kan leiden tot een hartaanval, beroerte en zelfs kanker.

Ons lichaam synthetiseert tienduizenden unieke glycanen, vaak met vertakkende structuren gevormd uit eenvoudige suikerbouwstenen. Eiwitten of vetten kunnen ook worden aangepast door tientallen unieke glycanen. Deze talloze combinaties maken het in kaart brengen van glycanen een moeilijke taak omdat we een praktische en efficiënte manier nodig hebben om honderdduizenden glycanpatronen te analyseren.

Ons onderzoeksteam heeft nu methoden ontwikkeld om het menselijke glycoom snel en krachtig te volgen. Door te profiteren van technische vooruitgang en verbeteringen in de monsterverwerking, onze techniek kan duizenden glycanen tegelijk controleren, waarmee we de glycanen in cellen van gezonde controles en patiënten met een verscheidenheid aan verschillende ziekten kunnen karakteriseren. Ons doel is om deze gegevens te gebruiken om voorspellende modellen te ontwikkelen om clinici te helpen bij het diagnosticeren en behandelen van alle menselijke ziekten. We geloven dat er een nieuwe golf van medische vooruitgang zal komen als we de 'suikercode' ontgrendelen.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.