Un glicoma es el complemento completo o conjunto de todos los azúcares , ya sean libres o unidos químicamente en moléculas más complejas , de un organismo . Una definición alternativa es la totalidad de los carbohidratos en una célula . El glicoma puede ser de hecho una de las entidades más complejas de la naturaleza . " 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 . [1]
" Carbohidrato ", " glicano ", " sacárido " y " azúcar " son términos genéricos que se usan indistintamente en este contexto e incluyen monosacáridos , oligosacáridos , polisacáridos y derivados de estos compuestos. Los carbohidratos consisten en "carbono hidratado", es decir, [CH2O ] n. Los monosacáridos son carbohidratos que no se pueden hidrolizar en un carbohidrato más simple y son los componentes básicos de los oligosacáridos y polisacáridos. Los oligosacáridos son cadenas lineales o ramificadas de monosacáridos unidos entre sí a través de enlaces glucosídicos. El número de unidades de monosacáridos puede variar. Los polisacáridos son glicanos compuestos de monosacáridos repetidos, generalmente de más de diez unidades de monosacáridos de longitud. [2]
El glicoma supera la complejidad del proteoma como resultado de la diversidad aún mayor de los carbohidratos constituyentes del glicoma y se complica aún más por la gran multiplicidad de posibilidades en la combinación e interacción de los carbohidratos entre sí y con las proteínas . "El espectro de todas las estructuras de glicanos -el glicoma- es inmenso. En los humanos , su tamaño es órdenes de magnitud mayor que el número de proteínas que están codificadas por el genoma, el uno por ciento de las cuales codifica proteínas que forman, modifican, localizan o unen cadenas de azúcar, que se conocen como glicanos". [3]
La superficie exterior de la célula es un mar de lípidos con una flota de moléculas de azúcar, muchas de las cuales están unidas a proteínas, grasas o ambas, que interactúan con moléculas fuera de la célula y son fundamentales para la comunicación entre células y la adherencia de una célula. "Los glicanos son modificadores biológicos de la naturaleza", dice Jamey Marth, investigador del Instituto Médico Howard Hughes de la Universidad de California en San Diego . "Los glicanos generalmente no activan o desactivan procesos fisiológicos, sino que modifican el comportamiento de la célula respondiendo a estímulos externos". [4]
Los siguientes son ejemplos de las técnicas comúnmente utilizadas en el análisis de glicanos: [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. [6] 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). [7] 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. [8]
Los O- glicanos generalmente se analizan sin ninguna etiqueta, debido a que las condiciones de liberación química impiden etiquetarlos.
Los glicanos fraccionados de los instrumentos de cromatografía líquida de alto rendimiento (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 de glicanos isobáricos 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. [9]
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 detección se realiza aquí mediante espectrometría de masas, pero en lugar de MALDI -MS, se utiliza con más frecuencia la ionización por electrospray ( ESI ). [10] [11] [12]
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. [13] [14]
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.).