Cellen van alle levende organismen zijn bedekt met een dichte laag van zeer complexe koolhydraten. Deze koolhydraten, die ook wel glycanen worden genoemd, zijn essentiële mediatoren van een breed scala aan biologische en ziekteprocessen. Om glycanen in detail te bestuderen, wetenschappers moesten een productieproces voltooien dat meer dan 100 chemische stappen omvatte, maar onderzoekers van de Universiteit Utrecht hebben onlangs een proces ontworpen dat veel sneller en efficiënter is. De onderzoekers publiceerden hun resultaten in Natuurchemie .

Stam en takken

Glycanen spelen een sleutelrol in veel biologische en ziekteprocessen, van embryogenese, tot immuunregulatie, om ontstekingen en kanker te remmen. Glycanen kunnen worden gebruikt als biomarker om kankercellen te identificeren, maar het zijn ook essentiële componenten van de meeste biobased farmaceutica.

Glycanen zijn, echter, veel complexer dan DNA of eiwitten:ze zijn samengesteld uit een stam met twee tot vier asymmetrische takken, en hoe meer takken ze hebben, hoe ingewikkelder ze zijn om te synthetiseren. In feite, er zijn vaak tot 100 chemische stappen nodig om glycanen in het laboratorium te produceren.

Utrechtse onderzoekers Geert-Jan Boons en Gerlof Bosman willen daar verandering in brengen, in nauwe samenwerking met hun collega's aan de Universiteit van Georgia in de VS "We nemen in feite de controle over de biosynthese van glycanen, ", zegt Boons. De onderzoekers hebben een methode ontwikkeld die uitgaat van een glycopeptide dat gemakkelijk uit eigeelpoeder te halen is als bouwsteen voor de aanmaak van glycanen.

Snoeien om te groeien

De eerste stap in het nieuwe productieproces is het 'knippen' van het glycopeptide, totdat alleen de stam en de vertakkingspunten over zijn. De onderzoekers kunnen elk vertakkingspunt afzonderlijk activeren of deactiveren, waardoor ze de takken één voor één opnieuw kunnen laten groeien door ze elk afzonderlijk te deblokkeren en vervolgens enzymen toe te dienen die specifieke takken kunnen bouwen. Hierdoor kunnen de onderzoekers de asymmetrische vertakkingen van het glycan op een gecontroleerde manier aan de stam hechten.

tien stappen

Met behulp van deze nieuwe methode, de onderzoekers konden het productieproces drastisch terugbrengen tot slechts tien stappen. Boons legt uit:"We gebruikten het glycopeptide om de stof glycosyl-asparagine te maken, een aminozuur dat een suiker bevat. Vervolgens hebben we de glycosyl-asparagine door vijf chemische en enzymatische stappen geleid, wat resulteert in een verbinding met twee vertakkingen. Na dit eerste proces, waarin we het natuurlijke productieproces nabootsen, vervolgens gebruikten we recombinante enzymen om in slechts vijf extra stappen een glycosyl-asparagine met vier vertakkingen te produceren. Deze verbinding is de basis voor de productie van een breed scala aan N-glycanen die een rol spelen bij veel ziekteprocessen zoals kanker en virale infecties, maar kunnen ook worden gebruikt voor de productie van biofarmaceutica.