La glicómica es el estudio integral de los glicomas [1] (el conjunto completo de azúcares , ya sean libres o presentes en moléculas más complejas de un organismo ), incluidos los aspectos genéticos, fisiológicos, patológicos y otros. [2] [3] La glicómica "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 . [4] El término glicómica se deriva del prefijo químico para dulzura o un azúcar, "glico-", y se formó para seguir la convención de nomenclatura ómica establecida por la genómica (que se ocupa de los genes ) y la proteómica (que se ocupa de las proteínas ).
Esta área de investigación tiene que lidiar con un nivel inherente de complejidad que no se ve en otras áreas de la biología aplicada. [5] 68 bloques de construcción (moléculas para ADN, ARN y proteínas; categorías para lípidos; tipos de enlaces de azúcar para sacáridos) proporcionan la base estructural para la coreografía molecular que constituye toda la vida de una célula. El ADN y el ARN tienen cuatro bloques de construcción cada uno (los nucleósidos o nucleótidos ). Los lípidos se dividen en ocho categorías basadas en cetoacilo e isopreno . Las proteínas tienen 20 (los aminoácidos ). Los sacáridos tienen 32 tipos de enlaces de azúcar. [6] Si bien estos bloques de construcción se pueden unir solo linealmente para proteínas y genes, se pueden organizar en una matriz ramificada para sacáridos, lo que aumenta aún más el grado de complejidad.
A esto se suma la complejidad de las numerosas proteínas implicadas, no sólo como transportadoras de carbohidratos, las glicoproteínas , sino proteínas específicamente implicadas en la unión y reacción con los carbohidratos:
Para responder a esta pregunta es necesario conocer las diferentes e importantes funciones de los glicanos. Algunas de ellas son las siguientes:
Existen importantes aplicaciones médicas de aspectos de la glicómica:
La glicómica es particularmente importante en microbiología porque los glicanos desempeñan diversas funciones en la fisiología bacteriana. [7] La investigación en glicómica bacteriana podría conducir al desarrollo de:
Los siguientes son ejemplos de las técnicas comúnmente utilizadas en el análisis de glicanos [4] [5]
Los métodos más comúnmente aplicados son MS y HPLC , en los que la parte de glicano se escinde enzimática o químicamente del objetivo y se somete a análisis. [8] En el caso de los glicolípidos, se pueden analizar directamente sin separación del componente lipídico.
Los N- glicanos de las glicoproteínas se analizan rutinariamente mediante cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC de fase inversa, fase normal y de intercambio iónico) después de marcar el extremo reductor de los azúcares con un compuesto fluorescente (marcado reductor). [9] En los últimos años se han introducido una gran variedad de etiquetas diferentes, donde la 2-aminobenzamida (AB), el ácido antranílico (AA), la 2-aminopiridina (PA), la 2-aminoacridona (AMAC) y la 3-(acetilamino)-6-aminoacridina (AA-Ac) son solo algunas de ellas. [10]
Los O- glicanos generalmente se analizan sin ninguna etiqueta, debido a que las condiciones de liberación química impiden que se etiqueten. [11]
Los glicanos fraccionados de los instrumentos de cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) se pueden analizar más a fondo mediante MALDI -TOF-MS(MS) para obtener más información sobre la estructura y la pureza. A veces, los grupos de glicanos se analizan directamente mediante espectrometría de masas sin prefraccionamiento, aunque la discriminación entre las estructuras isobáricas de los glicanos es más difícil o incluso no siempre posible. De todos modos, el análisis directo mediante MALDI -TOF-MS puede conducir a una ilustración rápida y sencilla del grupo de glicanos. [12]
En los últimos años, la cromatografía líquida de alto rendimiento en línea acoplada a la espectrometría de masas se ha vuelto muy popular. Al elegir carbón grafítico poroso como fase estacionaria para la cromatografía líquida, se pueden analizar incluso glicanos no derivatizados. La ionización por electrospray ( ESI ) se utiliza con frecuencia para esta aplicación. [13] [14] [15]
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 glucanos. 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. Esta técnica se está utilizando para caracterizar el glicoma inmunitario. [16] [17] [18]
Tabla 1 : Ventajas y desventajas de la espectrometría de masas en el análisis de glicanos
Las matrices de lectinas y anticuerpos permiten realizar un cribado de alto rendimiento de muchas muestras que contienen glicanos. Este método utiliza lectinas naturales o anticuerpos monoclonales artificiales , ambos inmovilizados en un chip determinado e incubados con una muestra de glicoproteína fluorescente.
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.
El marcaje metabólico de los glicanos se puede utilizar como una forma de detectar las estructuras de los glicanos. Una estrategia bien conocida implica el uso de azúcares marcados con azida que se pueden hacer reaccionar mediante la ligación de Staudinger . Este método se ha utilizado para la obtención de imágenes in vitro e in vivo de los glicanos.
La cristalografía de rayos X y la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) para el análisis estructural completo de glicanos complejos es un campo difícil y complejo. Sin embargo, la estructura del sitio de unión de numerosas lectinas , enzimas y otras proteínas que se unen a los carbohidratos ha revelado una amplia variedad de la base estructural para la función de los glicanos. La pureza de las muestras de prueba se ha obtenido mediante cromatografía ( cromatografía de afinidad, etc.) y electroforesis analítica ( PAGE (electroforesis de poliacrilamida) , electroforesis capilar , electroforesis de afinidad , etc.).
Existen varios programas y bases de datos en línea disponibles para la investigación glicómica, entre ellos:
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