세포는 모피입니다. 교과서 삽화는 종종 세포를 매끄럽게 나타내기 때문에“물로 가득 찬 풍선과 같은 것”이라고 아일랜드의 Maynooth University의 전산 화학자 인 Elisa Fadda는 말했다. "그러나 그것은 사실이 아닙니다." 실제로, 세포의 표면은 단백질 나무 트렁크에서 나뭇 가지와 잎처럼 뻗어있는 탄수화물의 설탕 캐노피, 복잡하고 다양한 탄수화물 클러스터로 장식된다. 그리고 캐노피는 세포가 세상에 보여주는 얼굴이기 때문에,이 복잡한 탄수화물 또는 글리 칸은 다른 세포 또는 분자와의 만남과 상호 작용에 중요한 역할을합니다.
연구원들이 설탕이 면역 반응을 활성화, 조절 및 지시하는 데 어떻게 도움이되는지 탐구함에 따라 생물 의학 연구에서 글리 칸의 두드러짐은 한동안 증가하고 있습니다. 인간 건강과 질병에서 글리 칸의 구조와 기능에 대한 연구는 이미 다양한 병원체와 새로운 요법 및 백신에 대한 이해를 높였습니다. 그러나 Covid-19 Pandemic은 많은 과학자들이 Glycan에 대한 지식이 SARS-COV-2 바이러스와 싸우는 데 필수적이라고 믿기 때문에 주제에 더 큰 시급성을 가져 왔습니다. 몇몇 연구 팀은 이미 바이러스의 글리 칸의 최초의 상세 모델을 발표했습니다.
설탕의 많은 중요한 사용
유전체학과 프로테오믹스가 글리코 믹스보다 앞서 나간 이유가 있습니다. 설탕의 복잡성으로 인해 연구가 더 어려워집니다. DNA, RNA 및 단백질은 정의 된 규칙 세트에 따라 구축 된 선형 분자이며, 과학자들은이를 서열, 분석 및 조작 할 수있는 도구를 가지고 있습니다. 그러나 글리 칸은 알려진 템플릿없이 조립되는 분기 구조입니다. 예를 들어 두 개의 동일한 단백질의 동일한 부위는 매우 다른 글리 칸에 의해 점유 될 수 있습니다. 글리 칸은 또한 DNA 또는 단백질보다 기하 급수적으로 더 많은 잠재적 구성을 갖는다 :3 개의 상이한 뉴클레오티드는 6 개의 별개의 DNA 서열을 만들 수있다; 3 개의 아미노산은 6 개의 독특한 펩티드를 만들 수 있습니다. 3 개의 글리 칸 빌딩 블록이 천 이상의 구조물을 형성 할 수 있습니다. 글리 칸은 유연하고 흔들리고 가변적입니다. 복잡하고 역동적이며 다소 예측할 수 없습니다. 그들의 분석은 더 큰 기술 전문 지식과보다 정교한 장비를 요구합니다.
그 결과, 영국 사우 샘프 턴 대학교의 글리코이학자인 맥스 크리스핀 (Max Crispin)은“글리코이학 분야는 전문가 하위 규모에 더 가깝다”고 말했다. ).
그러나 지난 10 년 동안이 탄수화물은 생물학에서 더 많은 고려해야한다는 것이 분명해졌습니다. 샌디에고의 캘리포니아 대학교 소아과 의학 연구원 인 빅터 니제 (Victor Nizet)는 호스트 마이크로 히고 상호 작용과 전염병을 전문으로하는 캘리포니아 대학교 소아과의 연구원 인 빅터 니제 (Victor Nizet)는“설탕은 크리스마스 조명 일뿐입니다. "그들은 집 구조의 중요한 요소입니다."
글리 칸은 단백질을 안정화시키고 제대로 접히도록 도와줍니다. 세포의 표면의 수용체로서, 그들은 세포 기능과 움직임을 조절한다. 그들은 성장 인자 신호 전달에서 정자와 계란의 결합에 이르기까지 다양한 과정에 관여합니다. 그들은 사람의 혈액형을 결정합니다. 그들은 심혈관 질환, 당뇨병 및 기타 의학적 상태에 연루되었습니다.
캘리포니아의 Scripps Research Institute의 전산 생물 학자 인 앤드류 워드 (Andrew Ward)는“그들은 실제로 신체에서 엄청난 다양한 역할을하고 있으며, 우리는이 글리 칸의 구성과 그들이 거주하는 곳을 이해하기 시작하고 있습니다.
설탕을 고려하지 않으면 단백질과 세포가 어떻게 상호 작용하고 기능하는지 완전히 이해할 수 없습니다. 산타 바바라 (Santa Barbara) 캘리포니아 대학교 (University of California)의 분자 생물 학자 인 야미 마스 (Jamey Marth)는“우리 각자가 알파벳의 일부만 알고있는 세상을 상상해보십시오. .
HIV는 길을 열어줍니다
글리코이학의 상승은 특히 면역학에 대한 변형 적이었다. 글리 칸은 면역 세포를 활성화, 교통 및 조절하는 데 도움이됩니다. 특정 면역 세포는 인간과 비인간 설탕을 모두 인식하여 후자에 반응을 줄이거나 전자의 존재하에 서있을 수 있도록 프라이밍됩니다.
박테리아와 바이러스는 그 사실을 활용하도록 진화했습니다. Nizet에 따르면, 병원체는 숙주와의 상호 작용에서 글리 칸을 사용하고, 숙주 세포에 접근하고 침입하고, 다른 표적 조직으로 이동, 면역 체계를 피하고, 특정 질병 증상을 유발할 수있는 염증을 유발할 때.
.그러나 과학자들은 인간 면역 결핍 바이러스 인 HIV의 생물학을 괴롭히기 시작할 때까지 많은 연결을 시작하지 않았습니다. Ward는“실제로 HIV 작업은 기초를 마련했습니다. "우리는 그 때문에 글리 칸에 대해 많은 것을 배웠습니다."
.Scripps의 분자 생물 학자 인 제임스 폴슨 (James Paulson)은“HIV 백신 회의에 참석하면 기본적으로 매우 높은 수준의 글리코이학 회의입니다. "거의 모든 HIV 백신 사람이 백신을 설계 할 때 설탕을 먼저 생각합니다."
HIV가 주로 호스트의 세포 기계를 쿠데타하여 인간의 글리 칸에서 스스로를 담그기 때문입니다. 바이러스의 표면 단백질은 인간 세포에 결합하고 들어가는 인간 세포에 완전히 덮여 있습니다. 작업 단백질의 질량의 절반 이상은 탄수화물입니다. 이 소위 글리 칸 방패는 바이러스를“자기”로 위장하여 면역계에서 숨기고 있습니다. 샌디에고 캘리포니아 대학교의 당 생물학자인 필립 고드 (Philip Gordts)는“양의 옷을 입은 늑대와 같습니다.
실제로 연구자들은 HIV가 많은 글리 칸으로 덮여있어“보호를 거의 압도한다”고 밝혔다. 밀도의 설탕은 모두 인간의 글리 칸처럼 화학적으로 변형 될 수있는 설탕의 설탕이 있습니다. 바이러스의 일부 글리 칸 패치는 결과적으로 덜 성숙하고 더 원시적 인 화학적 형태로 남아 있습니다.
이러한 원시 글리 칸 패치는 HIV의 성공과 주요 약점에 중요합니다. 순환 면역 세포에 패치를 제시함으로써, 바이러스는 림프절로 옮겨 진 T 세포가 주요 표적 인 T 세포를 감염시킬 수 있습니다. 그러나 몇 년 후, 만성적으로 감염된 환자의 약 3 분의 1에서 면역계는 그 글리 칸을 외국으로 인식하기 시작하고 병원체와 싸울 항체를 생성합니다.
.실제로, 이들 항체 중 첫 번째가 발견되었을 때, 연구자들은 그것이 HIV에서 특정 글리 칸 클러스터를 인식한다는 것을 알게되어 충격을 받았다. 항체는 일반적으로 설탕이 아닌 단백질을 표적으로 삼았습니다.이 당은 인간 세포에 의해 바이러스를 위해 만들어 졌기 때문에 특히 표적이 될 가능성이없는 것처럼 보였습니다. 그들을 따라 가면자가 면역 응답으로 이어질 수 있습니다. Crispin은“이것은 확고한 교리였습니다. 설탕에 대한 항체를 얻을 수 없었습니다.” (연구자들은 이것을 확신하여 HIV의 설탕으로 덮인 표면이라고 불렀습니다.)
그러나 그 이후로, 더 많은 이러한 항체가 확인되었습니다. 그들 중 많은 사람들이 단백질과 글리 칸의 일부 조합을 인식하도록 진화했습니다. 다른 사람들은 단백질 표적에 대한 접근을 차단하는 글리 칸에 대처하기 위해 진화했습니다. Crispin은“설탕은 광범위하게 중화 된 모든 항체를 완전히 형성하고 있습니다.
연구원들은 백신이 HIV와 싸우기 위해 면역 체계를 적절히 자극하기 위해 글리 칸을 포함해야 할 수도 있음을 깨달았습니다. 알몸 바이러스 단백질에 대한 반응을 불러 일으킨 백신은 실제 바이러스에 효과적이지 않을 수 있으며,이 단백질은 글리 칸 방패 뒤에 그 단백질을 숨겼습니다.
마찬가지로, 글리 칸을 인식하는 새로운 HIV 억제제를 개발하려는 지속적인 노력이있다. 이러한 항 바이러스 치료 중 일부는 현재 임상 시험에 있습니다.
필수적이지만 취약한 방패
밀도가 높은 글리 칸 방패는 또한 면역계에서 마스킹 할뿐만 아니라 독감이 움직이는 면역 학적 표적이되도록함으로써 인플루엔자 바이러스를 보호합니다. 바이러스는 아무것도없는 곳에 설탕을 쉽게 첨가 할 수 있으며, 이전에 효과적인 항체를 강력하게 렌더링합니다.
그러나 그들은 다른 중요한 방식으로 글리 칸에 의존합니다. 인플루엔자는 자신을 삽입 할 때 숙주 세포의 널리 퍼진 글리 칸에 부착됩니다. 사실상 설탕은 바이러스가 감염시키는 조직과 어떤 종을 결정합니다. 예를 들어, 조류 인플루엔자의 돌연변이 균주가 인간 숙주로 점프 할 때, 종종 바이러스와 특정 글리 칸과의 상호 작용이 바뀌었기 때문입니다. 크로아티아 자그레브 대학교의 글리코이학자인 Gordan Lauc는“이것은 인간을 조류 독감으로부터 보호하는 글리 칸의 약간의 차이 일뿐입니다.
인플루엔자 바이러스는 또한 글리 칸을 자르고 숙주 세포를 피하고 신체 전체에 퍼지는 효소에 의존합니다. Tamiflu를 포함한 몇몇 효과적인 독감 항 바이러스는 이들 효소를 억제한다.
박테리아는 글리 칸을 사용하여 신체에서 가장 무도회합니다. 일부 박테리아는 인간 글리 칸을 모방하기위한 설탕 캡슐로 스스로 코팅하고; 글리 칸 기반 백신은 그들에게 효과적인 것으로 입증되었습니다. 다른 병원체는 글리 칸을 미끼로 흘려 면역 체계의 화재를 빼앗아갑니다. 몇몇자가 면역 장애 (예 :Guillain-Barré 증후군)는 침략자의 글리 칸트에서 비롯된 후 건강한 인간 조직과 교차 반응하는 항체를 유발합니다.
과학자들은 이제 SARS-COV-2 바이러스를 덮는 글리 칸에게 관심을 끌고 COVID-19의 작동 방식을 더 잘 이해하고 있습니다. 그들은 코로나 바이러스에 의해 인간 세포에 결합하기 위해 사용되는 스파이크 단백질이 글리 칸 방패로 덮여 있지만 HIV와 다른 많은 바이러스보다 밀도가 낮다는 것을 발견했다. 더욱이, 그 글리 칸 사이트는 독감에서하는 정도까지 돌연변이하는 것처럼 보이지 않습니다.
Lauc은“이것은 항체가 SARS-Cov-2에 대한 성공적인 도구 일 수 있음을 시사한다. 글리 칸은 스파이크 단백질의 특정 영역을 보호하지만, 그 보호에 충분한 구멍이 있습니다. 연구자들은 글리 칸이 또 다른 역할을한다고 의심합니다. 그들은 이제 가능한 기능을 분리하기 위해 모델을 구축하고 있으며, 이는 바이러스 단백질의 안정성을 유지하는 것부터 감염된 세포에 결합하는 데 도움이 될 수 있습니다.
.최근에, 과학자 팀은 글리 칸을 포함하는 잠재적 인 항체 치료를 발견했습니다. 진행중인 다른 조사는 표적의 취약점으로 단백질 및 글리 칸-단백질 콤보의 차폐되지 않은 영역을 정확히 찾아내는 것입니다. (즉, 임상 시험에서 현재 Covid-19 백신은 DNA 또는 RNA 기반 인 것 같습니다.)
폴슨은“이와 같은 새로운 바이러스가있을 때마다 거의 모든 것에 눈을 뜨어야합니다. Lauc은 글리 칸이 이전에 분석 된 수천 명의 개인에 대해 Covid-19 데이터를 수집하고 있습니다. 그는 설탕 패턴이 감염 위험 또는 더 심각한 증상에 대한 감수성을 예측하는 데 도움이 될 수 있는지 여부를 결정하기를 희망합니다. 다른 연구자들은 이런 종류의 작업을 암을 포함한 많은 질병으로 지시하고 있습니다.
Gordts는“Glycomics는 실제로 우리가 깨는 데 필요한 다음 장벽입니다. "유전체학과 프로테오믹스 다음에 우리가 싸우는 데 필요한 다음 분야입니다."
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