Кишечные бактерии могут изменять белки мозга: новый метод гликозилирования раскрывает связь

Новое исследование ученых из EMBL в Гейдельберге показывает, что кишечные бактерии могут вызывать глубокие молекулярные изменения в мозге.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Structural & Molecular Biology, впервые демонстрирует, что бактерии, живущие в кишечнике, могут влиять на то, как белки в мозге модифицируются углеводами — процесс, называемый гликозилированием. Это стало возможным благодаря новому методу DQGlyco, который позволяет изучать гликозилирование в гораздо большем масштабе и с более высоким разрешением.

Новый способ измерения гликозилирования

Гликозилирование — это процесс, при котором клетка использует сахара (углеводы) для химической модификации белков, изменяя их функции. Оно влияет на адгезию, подвижность и коммуникацию клеток и вовлечено в патогенез таких заболеваний, как рак и нейронные расстройства.

Традиционно изучение гликозилирования было сложным из-за низкой доли гликозилированных белков в клетке и трудоемкости их обогащения.

Метод DQGlyco использует доступные и недорогие материалы (например, функционализированные силикагелевые шарики) для селективного обогащения гликозилированных белков из биологических образцов с последующей их точной идентификацией и измерением.

Применение метода к образцам ткани мозга мышей позволило идентифицировать более 150 000 гликозилированных форм белков (протеоформ), что более чем в 25 раз превышает результаты предыдущих исследований.

Количественный характер метода также позволил изучить микрогетерогенность — явление, при котором один и тот же участок белка может быть модифицирован множеством (иногда сотнями) различных сахарных групп. Команда смогла идентифицировать такую микрогетерогенность на сотнях сайтов белков.

От кишечника к мозгу

Используя точность нового метода, исследователи решили проверить, влияет ли микробиом кишечника на сигнатуры гликозилирования в мозге.

Сравнивая стерильных мышей (выращенных в стерильной среде и не имеющих микробов) с мышами, колонизированными различными кишечными бактериями, команда обнаружила, что у последних различаются паттерны гликозилирования в мозге.

Измененные паттерны были особенно заметны в белках, важных для нейронных функций, таких как когнитивная обработка и рост аксонов.

Дальнейшие шаги

Наборы данных исследования открыто доступны через специальное приложение. Команда также использует подходы машинного обучения, такие как AlphaFold, для прогнозирования сайтов гликозилирования у разных видов.

Исследователи продолжают применять новый метод для ответа на фундаментальные биологические вопросы и понимания функциональной роли гликозилирования в клетках.