La ‘materia oscura’ de la biología celular arroja nueva luz sobre los azúcares

Científicos del Departamento de Química de la Universidad de Montreal han desarrollado una nueva sonda fluorogénica que puede utilizarse para detectar y estudiar interacciones entre dos familias de biomoléculas esenciales para la vida: azúcares y proteínas.

Los hallazgos del profesor Sammy Ciccioni y sus alumnos, que abren la puerta a una amplia gama de aplicaciones, se publicaron a mediados de octubre. Edición Internacional de Química Aplicada.

Se encuentra en todas las células vivas.

El azúcar es omnipresente en nuestras vidas, presente en casi todos los alimentos que comemos. Pero la importancia de estos carbohidratos simples va mucho más allá de los deliciosos postres. Los azúcares son esenciales para prácticamente todos los procesos biológicos de los organismos vivos y existe una amplia variedad de moléculas de azúcar de origen natural.

«Todas las células que forman los organismos vivos están cubiertas por una capa de moléculas a base de azúcar llamadas glicanos», dijo Ciccioni. «Los azúcares están al frente de casi todos los procesos fisiológicos y desempeñan un papel fundamental en el mantenimiento de la salud y la prevención de enfermedades».

Los científicos creyeron durante mucho tiempo que los azúcares complejos que se encuentran en la superficie de las células eran simplemente decorativos, pero ahora sabemos que estos azúcares interactúan con muchos otros tipos de moléculas, en particular las lectinas, una gran familia. proteínas.»

Enfermedades al volante, desde la gripe hasta el cáncer

Al igual que los azúcares, las lectinas se encuentran en todos los organismos. Estas proteínas tienen una capacidad única para reconocer y unirse temporalmente a los azúcares. Estas interacciones ocurren en muchos procesos biológicos, como durante la respuesta inmune desencadenada por una infección.

Las lectinas están recibiendo mucha atención estos días. Porque los científicos han descubierto que el fenómeno de que las lectinas se «peguen» a los azúcares juega un papel importante en la aparición de varias enfermedades.

«Cuanto más estudiamos las interacciones entre los azúcares y las lectinas, más nos damos cuenta de lo importantes que son en los procesos patológicos», dijo Ciccioni. «Los estudios han demostrado cómo las bacterias que colonizan nuestros pulmones, los virus que invaden nuestras células e incluso las células cancerosas participan en engañar a nuestro sistema inmunológico haciéndoles creer que son células sanas».

Todavía faltan muchas piezas en el rompecabezas de cómo se desarrollan las interacciones entre azúcares y lectinas porque son muy difíciles de estudiar. Esto se debe a que estas interacciones son transitorias y débiles, lo que hace que la detección sea un verdadero desafío.

Dos de los estudiantes de Cecioni, el candidato a maestría Cecil Bausch y Ph.D. El candidato Brandon Wrelz tuvo la idea de utilizar la luz para detectar estas interacciones. Los tres investigadores comenzaron a trabajar para crear una sonda química capaz de «congelar» el encuentro entre un azúcar y una lectina y hacerlo visible mediante fluorescencia.

La interacción entre el azúcar y la lectina se puede describir mediante la relación «candado y llave», donde la «llave» es el azúcar y el «candado» es la lectina. Los químicos ya han creado moléculas capaces de bloquear esta interacción entre cerradura y llave y ahora pueden identificar con precisión qué azúcares se unen a lectinas de gran interés para la salud humana.

«Nuestra idea es etiquetar las moléculas de azúcar con un cromóforo, la sustancia química que le da color a la molécula», explicó Ciccioni. «El cromóforo es en realidad fluorogénico, lo que significa que puede emitir fluorescencia si puede capturar eficazmente un enlace de azúcar con una lectina. Luego, los científicos pueden estudiar los mecanismos subyacentes de estas interacciones y los posibles cuellos de botella».

Cecioni y sus alumnos confían en que su técnica se pueda utilizar con otros tipos de moléculas. También es posible controlar el color de las sondas marcadas con fluorescencia recién creadas.

Al visualizar las interacciones entre moléculas, este descubrimiento ofrece a los investigadores una nueva y valiosa herramienta para estudiar las interacciones biológicas, muchas de las cuales son fundamentales para la salud humana.