Los científicos han arrojado nueva luz sobre la «materia oscura» de la biología celular

Abstract Biochemistry Origin of life Concept

Resumen La bioquímica es el concepto básico de la vida.

Los investigadores han creado una nueva sonda fluorogénica para iluminar las interacciones entre azúcares y proteínas, que son fundamentales para comprender una variedad de procesos biológicos y enfermedades.

Investigadores del Departamento de Química de la Universidad de Montreal han creado una innovadora sonda fluorogénica para analizar las interacciones entre azúcares y proteínas, dos familias de biomoléculas esenciales para la vida.

Los hallazgos del profesor Sammy Ciccioni y sus alumnos, que abren la puerta a una amplia gama de aplicaciones, fueron publicados recientemente en una prestigiosa revista europea. Quimica 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. «Por tanto, 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».

fluorogénico

Gráfico fluorogénico de «llave y candado». Crédito: Laboratorio Ciccioni

«Durante mucho tiempo, los científicos creyeron 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, particularmente las lectinas, una gran familia de 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 estas interacciones están involucradas en bacterias que colonizan nuestros pulmones, virus que invaden nuestras células e incluso células cancerosas que engañan a nuestro sistema inmunológico haciéndoles creer que son células sanas».

Difícil de detectar… hasta ahora

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 pueden identificar con precisión qué azúcares se unen a lectinas de gran interés para la salud humana.

«Nuestra idea era etiquetar las moléculas de azúcar con un cromóforo, que es 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 captura eficazmente un enlace de azúcar con una lectina. Luego, los científicos pueden estudiar los mecanismos subyacentes a estas interacciones y los obstáculos que pueden surgir.

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 de etiquetas fluorescentes 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.

Cita: «Fotoentrecruzamiento fluorogénico del reconocimiento de proteínas de unión a glicanos utilizando un fucósido de azido-cumarina fluorado» por Cecil Bausch, Brandon Wrelz, Karthike Konsal, Ali El-Husseini y Sammy Ciccioni, octubre de 2023, 2023 Edición Internacional de Química Aplicada.
DOI: 10.1002/anie.202314248

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