Lástima el glicano:estas complejas moléculas de azúcar están unidas al 80% de las proteínas del cuerpo humano, convirtiéndolos en un ingrediente esencial de la vida. Pero este proceso, conocido como glicosilación, ha sido algo ensombrecido por procesos biomoleculares más llamativos como la transcripción y la traducción.

"La glicosilación es absolutamente esencial para la vida en este planeta. Y, sin embargo, todavía sabemos relativamente poco al respecto, "dijo Matthew DeLisa, el Profesor William L. Lewis de Ingeniería en la Escuela Smith de Ingeniería Química y Biomolecular. "Si bien se ha prestado mucha atención a la comprensión del genoma y el proteoma, el glucome, que representa el complemento completo de azúcares, ya sea libre o presente en moléculas más complejas como las glicoproteínas, de un organismo — ha sido relativamente poco estudiado. Necesitamos nuevas herramientas para hacer avanzar el campo ".

El laboratorio de DeLisa ha creado estas mismas herramientas comandando simples, microorganismos unicelulares, a saber E. coli bacterias, y diseñarlas para explorar el complejo proceso de glicosilación y el papel funcional que juegan los glicanos ligados a proteínas en la salud y la enfermedad.

El periódico del grupo, "Ingeniería de la biosíntesis de glicoproteína O-ligada humana ortogonal en bacterias, "publicado el 27 de julio en Biología química de la naturaleza . El autor principal es Aravind Natarajan, Doctor. '19.

Previamente, El equipo de DeLisa utilizó un enfoque de glicoingeniería celular similar para producir uno de los tipos más comunes de glicoproteínas:aquellas con estructuras de glicanos vinculadas al aminoácido asparagina, o ligado a N. Ahora los investigadores han centrado su atención en otra glicoproteína abundante, es decir, ligado a O, en el que los glicanos están unidos al átomo de oxígeno de los aminoácidos serina o treonina de una proteína.

Los glicanos ligados a O son estructuralmente más diversos que sus primos ligados a N, y tienen importantes implicaciones en el desarrollo de nuevos tratamientos terapéuticos para enfermedades como el cáncer de mama.

"Nuestros esfuerzos de ingeniería celular fueron bastante complicados, ya que no solo necesitábamos equipar E. coli con el conjunto completo de enzimas para fabricar y unir estructuras de glicanos a las proteínas, pero también tuvimos que recablear cuidadosamente las redes metabólicas nativas para asegurar la disponibilidad de importantes bloques de construcción de glucanos como el ácido siálico, "Dijo Natarajan." La adición de ácido siálico a nuestras glicoproteínas es importante porque este residuo de azúcar a menudo es crucial para dirigir medicamentos a células específicas y aumentar su vida media circulatoria ".

Cuando una célula se vuelve cancerosa, expresa ciertos biomarcadores, incluyendo proteínas de superficie anormalmente glicosiladas, que indican la presencia de cáncer. El grupo de DeLisa equipado E. coli con la maquinaria para producir tales proteínas, incluido uno que se parecía mucho a un biomarcador de cáncer prominente, mucina 1 (MUC1).

"La versión glicosilada de MUC1 es uno de los antígenos diana de mayor prioridad para la terapia del cáncer. Ha sido un gran desafío desarrollar terapias contra esta diana, "dijo DeLisa, el autor principal del artículo. "Pero al tener una herramienta biosintética como la que hemos creado que es capaz de replicar la estructura MUC1, Tenemos la esperanza de que esto pueda proporcionar reactivos de glicoproteína que puedan aprovecharse para descubrir anticuerpos o emplearse directamente como inmunoterapias. todo lo cual podría ayudar en la lucha contra ciertos tipos de cáncer ".

También se han descubierto glicanos ligados a O y ligados a N en una de las proteínas de superficie del virus SARS-CoV-2, que causa COVID-19. DeLisa tiene la esperanza de que el método de glucoingeniería de células bacterianas de su grupo abra la puerta para crear versiones glicosiladas de esta proteína S que podrían conducir a anticuerpos terapéuticos contra el coronavirus. o el desarrollo de una vacuna de subunidad.

Debido a su trabajo anterior replicando glucanos ligados a N, los investigadores pudieron poner en marcha rápidamente el sistema O-Linked. Ahora el laboratorio de DeLisa está preparado para producir proteínas que transportan ambos tipos de glicosilación, lo cual es significativo porque muchas glicoproteínas, como la proteína S en el SARS-CoV-2, portan estructuras de glicanos unidas tanto a N como a O.

Los investigadores también están explorando formas de aumentar el espectro de glicoproteínas que diseñaron E. coli las células pueden producir y la eficiencia con la que se generan estos productos.

"Pensamos en E. coli como un chasis limpio o una pizarra en blanco cuando se trata de glicosilación de proteínas, porque estas bacterias normalmente no realizan reacciones de glicosilación como las que hemos instalado, "DeLisa dijo." Esto permite la construcción de estas vías de abajo hacia arriba, dándonos un control total sobre los tipos de estructuras de glicanos que se fabrican, y los sitios específicos en las proteínas diana donde están unidas. Ese es un nivel de control que es difícil de lograr con otros sistemas o tecnologías basados ​​en células preexistentes para la ingeniería de glicoproteínas ".