28 de febrero 2018:casi todas las células vivas están repletas de cadenas ramificadas de carbohidratos llamadas glicanos. Los glicanos desempeñan diversas funciones en la configuración de la forma en que una célula interactúa con su entorno.

Ahora, Los investigadores del Instituto de Investigación Scripps (TSRI) han descrito un nuevo método para adornar las células con varios glucanos y detectar interacciones entre glucanos y proteínas. Su avance publicado hoy en Comunicaciones de la naturaleza , puede ampliar la investigación sobre el papel de los glucanos en las enfermedades humanas, incluidos los cánceres.

"Los científicos han estado intentando crear matrices de glucanos a las que todo científico interesado en glucanos pueda acceder en sus propios laboratorios durante años, "dice Peng Wu, Doctor, profesor asociado de TSRI y autor principal del estudio. "No solo lo hemos hecho, pero lo hemos hecho de una manera muy fácil ".

Los investigadores resuelven un problema en la detección de glucanos

Los patrones de glucanos y proteínas de unión a glucanos en la membrana de una célula pueden diferenciar las células cancerosas de las células sanas, controlan las funciones de las células en el desarrollo y contribuyen a diversas interacciones entre células adultas. Las enfermedades genéticas que afectan la capacidad de las células para crear correctamente los glucanos pueden acortar la vida útil y provocar problemas musculoesqueléticos.

Pero estudiar los glucanos ha sido notoriamente complicado. Si bien los científicos saben cómo sintetizar diversas proteínas y moléculas de ADN en el laboratorio, la creación de glicanos a pedido ha sido un desafío químico.

Para estudiar qué proteínas de una célula interactúan con moléculas de glucano, los investigadores han recurrido normalmente a matrices de unión de glucanos, en el que decenas o cientos de glucanos se adhieren a un portaobjetos de vidrio. Luego, los investigadores exponen el portaobjetos a células o proteínas de interés y observan si las células o proteínas se adhieren a los glucanos del portaobjetos. Pero hacer estos arreglos requiere mucho tiempo y es costoso.

"En el pasado, si quisieras hacer una matriz con 100 azúcares, luego tenías que sintetizar químicamente 100 azúcares individualmente, que puede ser dificil, ", dice Wu." Sólo los químicos especializados en carbohidratos pueden producirlos en ciertos laboratorios ".

En cambio, Wu y sus colegas decidieron aprovechar el poder de las enzimas que las células usan de forma natural para producir glucanos. Estas enzimas funcionan de manera escalonada para crear glicanos ramificados:una pequeña porción de azúcar es producida por una enzima especializada, luego otra enzima crea la siguiente rama de la cadena, etcétera. Los investigadores encontraron que incluso los azúcares no naturales relacionados estructuralmente se pueden agregar de esta manera.

El equipo de Wu comenzó con células de ovario de roedores mutadas que tenían un repertorio muy estrecho de glucanos en su superficie. Este era un sistema más simple que usar células humanas con muchos tipos de glucanos. Luego, los investigadores expusieron las células a diferentes conjuntos de enzimas creadoras de glucanos para controlar la adición de ramas de carbohidratos a los glucanos de cada célula.

Con este método, crearon matrices de células, cada una con diferentes glicanos, incluidos los antinaturales.

"La única limitación son las enzimas que tenemos disponibles, y el hecho de que debe comenzar con células que ya tienen glicosilación simple, ", dice Wu." Pero pudimos crear todos los glucanos que queríamos ".

Poniendo la biblioteca a prueba

Para probar la utilidad de la nueva matriz de celdas, Wu y sus colegas examinaron una serie de células, cada uno muestra un glucanos diferente, para determinar cuáles vinculados a Siglec-15, una proteína de unión a glucanos conocida que desempeña un papel en el desarrollo y remodelación ósea. Siglec-15 se considera un objetivo potencial para los medicamentos que tratan la osteoporosis posmenopáusica, por lo que es fundamental comprender cómo interactúa con los carbohidratos. El equipo identificó tres estructuras con una fuerte unión a Siglec-15.

Luego, los investigadores incubaron células osteoprogenitoras humanas con células de ovario de roedores mutadas que mostraban una de las tres estructuras durante la diferenciación. El equipo descubrió que este proceso suprimió la formación de osteoclastos, una célula ósea que expresa Siglec-15 que absorbe tejido óseo durante el crecimiento y la curación. Este hallazgo refuerza la idea de que Siglec-15 es un buen objetivo para los tratamientos de la osteoporosis, y que la nueva estrategia de detección de glucanos puede orientar a los investigadores hacia nuevos fármacos prometedores.

"No sabemos si esto se utilizará en la comunidad en general; depende de la disponibilidad de enzimas y células, ", dice Wu." Pero si se puede disponer de un montón de células con glucanos simples y homogéneos, eso sería enorme para el campo ".