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Glicobiología

Definida en el sentido más estricto, la glicobiología es el estudio de la estructura, biosíntesis y biología de los sacáridos ( cadenas de azúcar o glicanos ) que están ampliamente distribuidos en la naturaleza. [1] [2] Los azúcares o sacáridos son componentes esenciales de todos los seres vivos y los aspectos de los diversos roles que desempeñan en la biología se investigan en varios campos médicos, bioquímicos y biotecnológicos.

Historia

Según el Oxford English Dictionary, el término específico glicobiología fue acuñado en 1988 por el profesor Raymond Dwek para reconocer la unión de las disciplinas tradicionales de la química y la bioquímica de los carbohidratos . [3] Esta unión fue el resultado de una comprensión mucho mayor de la biología celular y molecular de los glicanos . Sin embargo, ya a fines del siglo XIX, Emil Fisher realizó esfuerzos pioneros para establecer la estructura de algunas moléculas básicas de azúcar. Cada año, la Sociedad de Glicobiología otorga el premio Rosalind Kornfeld por los logros de toda una vida en el campo de la glicobiología. [4]

Glicoconjugados

Los azúcares pueden unirse a otros tipos de moléculas biológicas para formar glicoconjugados. El proceso enzimático de glicosilación crea azúcares/sacáridos unidos a sí mismos y a otras moléculas por el enlace glucosídico, produciendo así glicanos. Las glicoproteínas , los proteoglicanos y los glicolípidos son los glicoconjugados más abundantes que se encuentran en las células de los mamíferos. Se encuentran predominantemente en la membrana celular externa y en los fluidos secretados. Se ha demostrado que los glicoconjugados son importantes en las interacciones entre células debido a la presencia en la superficie celular de varios receptores de unión de glicanos además de los propios glicoconjugados. [5] [6] Además de su función en el plegamiento de proteínas y la unión celular, los glicanos unidos a N de una proteína pueden modular la función de la proteína, actuando en algunos casos como un interruptor de encendido y apagado. [7]

Glicómica

" La glicómica , análoga a la genómica y la proteómica , es el estudio sistemático de todas las estructuras de glicanos de un tipo de célula u organismo determinado" y es un subconjunto de la glicobiología. [8] [9]

Desafíos en el estudio de las estructuras de los azúcares

Parte de la variabilidad observada en las estructuras de los sacáridos se debe a que las unidades de monosacáridos pueden estar acopladas entre sí de muchas maneras diferentes, a diferencia de los aminoácidos de las proteínas o los nucleótidos del ADN , que siempre están acoplados entre sí de manera estándar. [10] El estudio de las estructuras de los glicanos también se complica por la falta de una plantilla directa para su biosíntesis, al contrario del caso de las proteínas, donde su secuencia de aminoácidos está determinada por su gen correspondiente . [11]

Los glicanos son productos genéticos secundarios y, por lo tanto, se generan mediante la acción coordinada de muchas enzimas en los compartimentos subcelulares de una célula. Dado que la estructura de un glicano puede depender de la expresión , la actividad y la accesibilidad de las diferentes enzimas biosintéticas, no es posible utilizar la tecnología del ADN recombinante para producir grandes cantidades de glicanos para estudios estructurales y funcionales como sí lo es para las proteínas.

Herramientas y técnicas modernas para la predicción de la estructura de los glicanos

Los instrumentos analíticos avanzados y los programas de software, cuando se utilizan en combinación, pueden desvelar el misterio de las estructuras de los glicanos. Las técnicas actuales para la anotación estructural y el análisis de los glicanos incluyen la cromatografía líquida (LC), la electroforesis capilar (CE), la espectrometría de masas (MS), la resonancia magnética nuclear (RMN) y las matrices de lectinas. [12]

Una de las técnicas más utilizadas es la espectrometría de masas , que utiliza tres unidades principales: el ionizador, el analizador y el detector.

Las matrices de glicanos, como la que ofrecen el Consorcio para la Glicómica Funcional y Z Biotech LLC, contienen compuestos de carbohidratos que pueden analizarse con lectinas o anticuerpos para definir la especificidad de los carbohidratos e identificar ligandos.

Monitoreo de reacciones múltiples (MRM)

La MRM es una técnica basada en espectrometría de masas que se ha utilizado recientemente para la elaboración de perfiles de glicosilación específicos del sitio. Aunque la MRM se ha utilizado ampliamente en metabolómica y proteómica, su alta sensibilidad y respuesta lineal en un amplio rango dinámico la hacen especialmente adecuada para la investigación y el descubrimiento de biomarcadores de glicanos. La MRM se realiza en un instrumento de triple cuadrupolo (QqQ), que está configurado para detectar un ion precursor predeterminado en el primer cuadrupolo, un ion fragmentado en el cuadrupolo de colisión y un ion fragmento predeterminado en el tercer cuadrupolo. Es una técnica sin escaneo, en la que cada transición se detecta individualmente y la detección de múltiples transiciones ocurre simultáneamente en ciclos de trabajo. [7] Esta técnica se está utilizando para caracterizar el glicoma inmunitario. [7]

Medicamento

Los fármacos que ya se encuentran en el mercado, como la heparina , la eritropoyetina y algunos antigripales, han demostrado su eficacia y ponen de relieve la importancia de los glicanos como una nueva clase de fármacos. Además, la búsqueda de nuevos fármacos anticáncer está abriendo nuevas posibilidades en la glicobiología. [13] En la actualidad se están realizando ensayos clínicos de fármacos anticáncer con nuevos y variados mecanismos de acción, así como de fármacos antiinflamatorios y antiinfecciosos, que pueden aliviar o completar las terapias actuales. Aunque estos glicanos son moléculas difíciles de sintetizar de forma reproducible, debido a su compleja estructura, este nuevo campo de investigación es muy alentador para el futuro.

Piel

La glicobiología, cuyos avances tecnológicos han permitido realizar avances recientes, permite comprender de forma más específica y precisa el envejecimiento cutáneo. Actualmente se ha establecido claramente que los glicanos son componentes principales de la piel y desempeñan un papel decisivo en la homeostasis cutánea.

Vitales para el correcto funcionamiento de la piel, los glicanos sufren cambios tanto cualitativos como cuantitativos a lo largo del envejecimiento. [15] Las funciones de comunicación y metabolismo se ven afectadas y la arquitectura de la piel se degrada.

Véase también

Referencias

  1. ^ Varki A, Cummings RD, Esko JD, Stanley P, Hart GW, Aebi M, Mohnen D, Kinoshita T, Packer NH, Prestegard JH, Schnaar RL, Seeberger PH (2022). Fundamentos de glicobiología (4.ª ed.). Cold Spring Harbor Laboratory Press. doi :10.1101/9781621824213 (inactivo el 12 de septiembre de 2024). ISBN 978-1-621824-21-3. Número de identificación personal  35536922.{{cite book}}: CS1 maint: DOI inactivo a partir de septiembre de 2024 ( enlace )
  2. ^ Varki A, Cummings R, Esko J, Freeze H, Hart G, Marth J (1999). Fundamentos de glicobiología. Cold Spring Harbor Laboratory Press. ISBN 0-87969-560-9.
  3. ^ Rademacher TW, Parekh RB, Dwek RA (1988). "Glicobiología". Año. Rev. Bioquímica . 57 (1): 785–838. doi : 10.1146/annurev.bi.57.070188.004033. PMID  3052290.
  4. ^ "Premio Rosalind Kornfeld". www.glycobiology.org . Consultado el 5 de noviembre de 2021 .
  5. ^ Ma BY, Mikolajczak SA, Yoshida T, Yoshida R, Kelvin DJ, Ochi A (2004). "La función del receptor coestimulador de células T CD28 está regulada negativamente por carbohidratos ligados a N". Biochem. Biophys. Res. Commun . 317 (1): 60–7. doi :10.1016/j.bbrc.2004.03.012. PMID  15047148.
  6. ^ Takahashi M, Tsuda T, Ikeda Y, Honke K, Taniguchi N (2004). "El papel de los N-glicanos en la señalización del factor de crecimiento". Glycoconj. J . 20 (3): 207–12. doi :10.1023/B:GLYC.0000024252.63695.5c. PMID  15090734. S2CID  1110879.
  7. ^ abc Maverakis E, Kim K, Shimoda M, Gershwin M, Patel F, Wilken R, Raychaudhuri S, Ruhaak LR, Lebrilla CB (2015). "Glicanos en el sistema inmunológico y la teoría de los glicanos alterados de la autoinmunidad". J Autoimmun . 57 (6): 1–13. doi :10.1016/j.jaut.2014.12.002. PMC 4340844 . PMID  25578468. 
  8. ^ Cold Spring Harbor Laboratory Press Fundamentos de glicobiología, segunda edición
  9. ^ Schnaar, RL (junio de 2016). "Glicobiología simplificada: diversos roles del reconocimiento de glicanos en la inflamación". Journal of Leukocyte Biology . 99 (6): 825–38. doi :10.1189/jlb.3RI0116-021R. PMC 4952015 . PMID  27004978. 
  10. ^ Kreuger, J (2001). "Descifrando el sulfato de heparán" . Consultado el 11 de enero de 2008 . {{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )
  11. ^ Marth, JD (2008). "Una visión unificada de los elementos básicos de la vida". Nature Cell Biology . 10 (9): 1015–6. doi :10.1038/ncb0908-1015. PMC 2892900 . PMID  18758488. 
  12. ^ Aizpurua-Olaizola, O.; Sastre Toraño, J.; Falcon-Perez, JM; Williams, C.; Reichardt, N.; Boons, G.-J. (marzo de 2018). "Espectrometría de masas para el descubrimiento de biomarcadores de glicanos". TrAC Trends in Analytical Chemistry . 100 : 7–14. doi :10.1016/j.trac.2017.12.015. hdl : 1874/364403 . ISSN  0165-9936.
  13. ^ Olden K, Bernard BA, Humphries M, et al. (1985). Función de los glicoproteínas glicanas TIBS . págs. 78–82.
  14. ^ Faury, G (diciembre de 2008). "El sitio de lectina que reconoce la alfa-L-ramnosa de los fibroblastos dérmicos humanos funciona como un transductor de señales: modulación de los flujos de Ca2+ y expresión génica". Biochimica et Biophysica Acta . 1780 (12): 1388–94. doi :10.1016/j.bbagen.2008.07.008. PMID  18708125.
  15. ^ Oh, Jang-Hee; Kim, Yeon Kyung; Jung, Ji-Yong; Shin, Jeong-eun; Chung, Jin Ho (2011). "Cambios en los glicosaminoglicanos y proteoglicanos relacionados en la piel humana intrínsecamente envejecida in vivo". Dermatología experimental . 20 (5): 454–456. doi :10.1111/j.1600-0625.2011.01258.x. ISSN  1600-0625. PMID  21426414. S2CID  34434784.

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