Slatko, ali moćno: Kako glikani oblikuju zdravlje ćelija

U biološkoj drami ćelijskog života, DNK se često prikazuje kao scenarista, RNK kao režiser, a proteini kao glumci. Međutim, sve je složenije: na sceni su i glikani — razgranate strukture šećera na površini ćelija koje dodaju suptilne, ali ključne informacije o tome kako ćelije komuniciraju, rastu i reaguju na napade patogena.

Šta su glikani?

Glikani su složeni oligosaharidi vezani za proteine i lipide na površini ćelija. Za razliku od linearnih molekula poput DNK, RNK i proteina, glikani često imaju razgranatu strukturu sastavljenu od šećera kao što su glukoza, galaktoza, mannoza i ksiloz. Zbog te trodimenzionalne složenosti, glikani ne podležu jednostavnom „sekvenciranju“ kao genetski materijal.

Kako funkcionišu?

Glikani deluju kao "lice" ćelije: pomažu u prepoznavanju među ćelijama, upravljanju prenosom signala i regulaciji kontakata sa okolinom. Na primer, promena u obrascima glikana može uticati na gustinu i aktivnost receptora kao što je EGFR (epidermalni faktor rasta), što dalje menja način na koji ćelija odgovara na spoljne poruke i može doprineti početku tumorskih promena.

Alati i otkrića

Napredak u tehnologiji — uključujući bioortogonalne metode i označavanje šećera koje su dobile Nobelovu nagradu 2022. — omogućio je preciznije mapiranje glikoma (ukupnog skupa glikana u organizmu). Među korisnim alatima su i glikan mikroarray testovi koji prikazuju interakcije između stotina različitih glikana i proteina, antitela, ili patogena pomoću fluorescentnih sondi.

„Glikani zaista mogu snažno da pokrenu biologiju“, kaže Hans Wandall iz Univerziteta u Kopenhagenu.

Glikani i imunitet

Istraživanja su pokazala iznenađujuće uloge glikana u imunosnom odgovoru. Rad Richarda Cummingsa i saradnika otkrio je da više od 25% najčešćih IgG antitela veže ugljene hidrate, a ne proteine. To objašnjava zašto deca koja nemaju ta specifična antitela često imaju ponovljene bakterijske infekcije — njihov imuni sistem ne prepoznaje adekvatno bakterijske šećerne oznake.

Laboratorija Laure Kiessling koristi mikroarray tehnologije da prouči proteine koji se vežu za sluz u crevnom traktu. Jedan takav protein, intelectin-2, veže i ljudske i bakterijske glikane, stabilizujući mukoznu barijeru i istovremeno prepoznajući patogene — primer dvosmerne zaštitne funkcije glikana.

Glikokaliks i mozak

Glikokaliks je gust sloj glikana vezanih za proteine i lipide na površini ćelija. Studije na miševima pokazale su da je glikokaliks posebno izražen u krvno-mozganoj barijeri (KMB). Rad na Harvardu i Stanfordu ukazao je da stanjivanje tog sloja sa starenjem doprinosi propustljivosti KMB. Konkretno, O-povezani glikani su ključni za održavanje integriteta te barijere: miševi bez enzima za njihovu sintezu razvijaju "propuštajuću" KMB, dok obnavljanje tih glikana virusnim pristupom pojačava barijeru.

Šta to znači za zdravlje i terapije?

Razumevanje glikana otvara nova polja za dijagnostiku i lečenje: od ciljanja glikana kako bi se pojačao imuni odgovor, preko sprečavanja virusne ili bakterijske adsorpcije, do mogućnosti da se modifikuje glikokaliks u cilju očuvanja ili obnavljanja funkcije krvno-mozgane barijere u starenju i neurodegenerativnim bolestima.

Zaključak

Glikani su tek počeli da izlaze iz senke drugih biomolekula. Njihova raznolikost i uticaj na ćelijsku biologiju čine ih važnim, potencijalno revolucionarnim poljem u razumevanju zdravlja i bolesti. Kako tehnologije napreduju, očekuju se i nova, praktična rešenja inspirisana "šećernim kodom" ćelija.

Ovaj članak je zasnovan na tekstu objavljenom u Knowable Magazine (Annual Reviews).