Si bien se han realizado importantes avances en la genómica, metabolómica, o investigación de proteínas y lípidos, la glicosilación permanece en gran parte inexplorada a escala del proteoma. Existen tecnologías limitadas para perfilar el glicoproteoma complejo. Las glicoproteínas pueden diferir no solo por el número y la ubicación de los glicositos, sino también por la composición y estructura de cada glicano. La glicoproteómica es "una de las fronteras clave de las ciencias de la vida, "dice el líder del estudio, Josef Penninger, MARYLAND, Director IMBA.
Para superar las limitaciones técnicas que han obstaculizado el campo, El grupo de Penninger desarrolló métodos y algoritmos de espectrometría de masas que finalmente permiten tanto la identificación completa de estructuras complejas de azúcar como su mapeo a sitios dentro de las proteínas correspondientes. Su nueva plataforma de glicoproteómica comparativa se publica en la edición actual de Naturaleza . Llamado SugarQb, para la biología cuantitativa del azúcar, su enfoque permite conocer a nivel mundial la glucosilación de proteínas y las modificaciones de glucanos en sistemas biológicos. Aplicaron esta plataforma a dos emocionantes estudios de prueba de principio:un análisis de glicoproteomas de células madre embrionarias, y la identificación de glicoproteínas necesarias para la toxicidad de la ricina.
Utilizando la novedosa metodología SugarQb, los autores establecieron un primer borrador de los glicoproteomas de células madre embrionarias murinas y humanas. Sus resultados casi duplicaron el número de todas las glicoproteínas conocidas en toda la literatura. También descubrieron múltiples proteínas glicosiladas nuevas, incluyendo modificaciones de azúcar conservadas evolutivamente así como específicas de especie en factores de pluripotencia de células madre murinas y humanas. Muchas de las proteínas glicosiladas que descubrieron se localizan en la membrana plasmática y están implicadas en la señalización de célula a célula. interacciones celulares, así como el desarrollo embrionario.
La ricina es una toxina vegetal y un arma biológica altamente venenosa. El contrabando de ricina genera preocupaciones de que pueda ser utilizado por terroristas y organizaciones terroristas. Varios políticos estadounidenses, incluido el presidente Barack Obama, recibieron cartas que contenían trazas del veneno. Actualmente no existen antídotos para la exposición a la ricina, por lo que varios grupos, desde empresas farmacéuticas hasta militares, están interesados en identificar terapias para tratar o prevenir la toxicidad de la ricina. El grupo de Penninger acababa de descubrir previamente que las células mutantes defectuosas para la fucosilación, un tipo de glicosilación que agrega azúcares fucosa, eran resistentes a la ricina. Sin embargo, se desconocían las dianas fucosiladas que sustentan la toxicidad de la ricina.
Usando SugarQb, los primeros autores Jasmin Taubenschmid, Estudiante de doctorado en IMBA, y el investigador de proteomas Johannes Stadlmann, ahora podría obtener los glicoproteomas de estas células resistentes a la ricina:las glicoproteínas que fueron alteradas en las células mutantes podrían jugar un papel en su resistencia. En efecto, el equipo descubrió seis nuevos jugadores que orquestan la toxicidad de la ricina. La pérdida de cualquiera de estas proteínas hizo que las células humanas fueran resistentes a la ricina. al igual que las células defectuosas por fucosilación. Sus hallazgos sugieren que la fucosilación de estos nuevos jugadores es necesaria para la sensibilidad a la ricina y proporciona muchas nuevas dianas terapéuticas para el descubrimiento de fármacos.
SugarQb está disponible gratuitamente para todos los científicos. "Esperamos que nuestra plataforma permita a los equipos de investigación de todo el mundo mapear este territorio inexplorado identificando las estructuras de azúcar y sus posiciones en las proteínas correspondientes," "dice Johannes Stadlmann." La glicosilación juega un papel fundamental en muchas enfermedades, incluido el cáncer –SugarQb permitirá a los científicos descubrir nuevos mecanismos en biología y estrategias de tratamiento para enfermedades. Los médicos también podrían utilizarlo para definir firmas glucoproteómicas aberrantes como biomarcadores de enfermedad y para rastrear las respuestas a la terapia. "añade Josef Penninger, último autor y director científico del IMBA.
