Расшифровка взаимодействия отдельных молекул сахаров с клетками

Сахар взаимодействует с поверхностью клетки через сахар-связывающие белки — лектины. Эти взаимодействия играют фундаментальную роль во многих биологических процессах клетки. Одна из важных функций — модуляция иммунного ответа на внешнюю угрозу. В недавней статье в Nature Chemical Biology исследователи из ICMS совместно с коллегами из Лейденского университета с помощью микроскопии сверхвысокого разрешения расшифровали взаимодействия отдельных молекул сахаров с клетками.

Кандидат наук Роджер Риера из группы «Наноскопия для наномедицины» на факультете биомедицинской инженерии исследует рецепторы клеточной поверхности и их взаимодействие с молекулами с помощью новых методов микроскопии. Идея визуализировать взаимодействия сахар-лектин возникла в рамках длительного сотрудничества с исследователями из Лейденского университета. «Мы объединяем две области: наши коллеги разрабатывают сахарные зонды, а у нас есть экспертиза в микроскопии», — говорит Риера.

Визуализация одного сахара за раз

«Наша концепция заключалась в использовании тех же сахаров, которые взаимодействуют с клетками, в качестве микроскопических зондов», — объясняет Лоренцо Альбертацци, доцент и руководитель группы «Наноскопия для наномедицины». «Нам не нужно было менять строительные блоки».

Взаимодействие сахаров с клетками слабое, что затрудняет его изучение с помощью обычных флуоресцентных методов. «На самом деле, для нашего метода микроскопии нужны слабые взаимодействия», — говорит Риера. «Это идеальное совпадение. Визуализация основана на обратимых взаимодействиях: меченные флуоресцентным красителем сахарные зонды на очень короткое время связываются с лектинами клетки и отсоединяются. Этот процесс повторяется с течением времени, что позволяет детектировать индивидуальные взаимодействия сахар-лектин».

В ходе исследования проявились интересные свойства. «Мы увидели, что разные структуры сахаров демонстрируют разную кинетику связывания, что приближает нас к пониманию их взаимосвязи структура-активность».

Сахарный SOS-код

В некоторых случаях сахара могут сигнализировать об опасности и провоцировать активацию иммунитета. Это происходит, когда организм распознает сахара с мембраны патогена. «Иммунные клетки распознают разницу между нашими собственными сахарами и сахарами патогена, идентифицируя сахарные паттерны», — говорит Риера. «Эти паттерны зависят от расположения сахаров».

Являются ли сахара кандидатами для разработки более мощных вакцин? «Мы можем использовать сахара, чтобы обмануть иммунную систему, заставив её думать, что это сигнал опасности, и стимулировать иммунный ответ, аналогично вакцинам», — объясняет он. Однако здесь есть тонкий баланс. «Если использовать неправильные сахара, иммунный ответ будет совершенно другим», — говорит Альбертацци. Но необходимы дополнительные исследования. «Наши методы можно использовать для лучшего понимания того, как иммунные клетки распознают определённые сахара среди других».