Wetenschappers van de afdeling scheikunde van de Université de Montréal hebben een nieuwe fluorogene sonde ontwikkeld die kan worden gebruikt voor het detecteren en bestuderen van interacties tussen twee families van biomoleculen die essentieel zijn voor het leven:suikers en eiwitten.

De bevindingen van professor Samy Cecioni en zijn studenten, die de deur openen naar een breed scala aan toepassingen, werden medio oktober gepubliceerd in Angewandte Chemie International Edition .

Aangetroffen in alle levende cellen

Suiker is alomtegenwoordig in ons leven en aanwezig in bijna al het voedsel dat we eten. Maar het belang van deze eenvoudige koolhydraten reikt veel verder dan smakelijke desserts. Suikers zijn essentieel voor vrijwel alle biologische processen in levende organismen en er bestaat een enorme diversiteit aan natuurlijk voorkomende suikermoleculen.

"Alle cellen waaruit levende organismen bestaan, zijn bedekt met een laag op suiker gebaseerde moleculen die bekend staan ​​als glycanen", zegt Cecioni. "Suikers staan ​​daarom in de frontlinie van bijna alle fysiologische processen en spelen een fundamentele rol bij het behouden van de gezondheid en het voorkomen van ziekten."

‘Lange tijd’, voegde hij eraan toe, ‘geloofden wetenschappers dat de complexe suikers die op het oppervlak van cellen worden aangetroffen eenvoudigweg decoratief waren. Maar we weten nu dat deze suikers interageren met veel andere soorten moleculen, in het bijzonder met lectines, een grote familie van moleculen. van eiwitten."

Rijziekte, van griep tot kanker

Net als suikers worden lectines in alle levende organismen aangetroffen. Deze eiwitten hebben het unieke vermogen om suikers te herkennen en zich er tijdelijk aan te hechten. Dergelijke interacties komen voor in veel biologische processen, zoals tijdens de immuunrespons die wordt veroorzaakt door een infectie.

Lectines trekken tegenwoordig veel aandacht. Dit komt omdat wetenschappers hebben ontdekt dat het fenomeen van lectines die aan suikers ‘plakken’ een sleutelrol speelt bij het ontstaan ​​van talloze ziekten.

"Hoe meer we de interacties tussen suikers en lectines bestuderen, hoe meer we beseffen hoe belangrijk ze zijn in ziekteprocessen", zegt Cecioni. "Studies hebben aangetoond hoe dergelijke interacties betrokken zijn bij bacteriën die onze longen koloniseren, virussen die onze cellen binnendringen, en zelfs kankercellen die ons immuunsysteem laten denken dat het gezonde cellen zijn."

Er zijn nog steeds veel ontbrekende stukjes in de puzzel van hoe de interacties tussen suikers en lectines zich ontvouwen, omdat ze zo moeilijk te bestuderen zijn. Dit komt omdat deze interacties van voorbijgaande aard en zwak zijn, waardoor detectie een echte uitdaging wordt.

Twee studenten van Cecioni, masterkandidaat Cécile Bousch en Ph.D. kandidaat Brandon Vreulz, had het idee om licht te gebruiken om deze interacties te detecteren. De drie onderzoekers gingen aan de slag om een ​​soort chemische sonde te creëren die de ontmoeting tussen suiker en lectine kan 'bevriezen' en zichtbaar kan maken door middel van fluorescentie.

De interactie tussen suiker en lectine kan worden beschreven met behulp van een "slot en sleutel"-relatie, waarbij de "sleutel" de suiker is en het "slot" de lectine. Chemici hebben al moleculen gemaakt die deze slot-en-sleutel-interactie kunnen blokkeren, en kunnen nu precies identificeren welke suikers binden aan lectines die van groot belang zijn voor de menselijke gezondheid.

"Ons idee was om suikermoleculen te labelen met een chromofoor, een chemische stof die een molecuul zijn kleur geeft", legt Cecioni uit. "De chromofoor is eigenlijk fluorogeen, wat betekent dat hij fluorescerend kan worden als de binding van suiker aan de lectine efficiënt wordt vastgelegd. Wetenschappers kunnen dan de mechanismen bestuderen die ten grondslag liggen aan deze interacties en de verstoringen die kunnen ontstaan."

Cecioni en zijn studenten zijn ervan overtuigd dat hun techniek kan worden gebruikt met andere soorten moleculen. Het kan zelfs mogelijk zijn om de kleur te controleren van nieuwe fluorescent gelabelde probes die worden gemaakt.

Door het mogelijk te maken om interacties tussen moleculen te visualiseren, geeft deze ontdekking onderzoekers een waardevol nieuw hulpmiddel voor het bestuderen van biologische interacties, waarvan er vele cruciaal zijn voor de menselijke gezondheid.

Meer informatie: Cécile Bousch et al, Fluorogene foto-crosslinking van glycan-bindende eiwitherkenning met behulp van een gefluoreerde azido-coumarine fucoside, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202314248

Journaalinformatie: Angewandte Chemie Internationale Editie

Aangeboden door Universiteit van Montreal