Los investigadores han desarrollado una nueva sonda fluorogénica para iluminar las interacciones entre azúcares y proteínas, importantes para comprender diversos procesos biológicos y enfermedades.
Investigadores del Departamento de Química de la Universidad de Montreal han desarrollado una innovadora sonda fluorogénica para analizar las interacciones entre azúcares y proteínas, dos familias de moléculas biológicas esenciales para la vida.
Los resultados del profesor Sami Ciccioni y sus alumnos, que abren la puerta a una amplia gama de aplicaciones, se publicaron recientemente en el European Journal. Quimica APLICADA.
Se encuentra en todas las células vivas.
El azúcar está 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 sabrosos postres. Los azúcares son importantes para casi todos los procesos biológicos de los organismos vivos y existe una amplia diversidad de moléculas de azúcar naturales.
«Todas las células que forman los organismos vivos están cubiertas por una capa de moléculas a base de azúcar llamadas glicanos», dijo Ceconi. «Por tanto, los azúcares están en la primera línea de casi todos los procesos corporales y desempeñan un papel fundamental en el mantenimiento de la salud y la prevención de enfermedades».
Gráfico fluorogénico de «llave y candado». Crédito: Laboratorio Ceconi
«Durante mucho tiempo», añadió, «los científicos pensaron que los azúcares complejos que se encuentran en la superficie de las células eran meramente decorativos». Pero ahora sabemos que estos azúcares interactúan con muchos otros tipos de moléculas, especialmente las lacinas, una gran familia de proteínas.
Enfermedades relacionadas con la conducción, desde la gripe hasta el cáncer
Al igual que los azúcares, se encuentran en todos los seres vivos. Estas proteínas tienen la capacidad única de reconocer y unirse temporalmente a los azúcares. Estas interacciones ocurren en muchos procesos biológicos, como durante la respuesta inmune desencadenada por una infección.
Pero estos días están llamando mucho la atención. La razón es que los científicos han descubierto que la tendencia de las lectinas a «pegarse» a los azúcares juega un papel importante en la aparición de muchas enfermedades.
«Cuanto más estudiamos la interacción entre los azúcares y las bacterias, más nos damos cuenta de lo importantes que son en el proceso de la enfermedad», dijo Ceconi. «Los estudios han demostrado cómo estas interacciones están involucradas en las bacterias que colonizan nuestros pulmones, los virus que invaden nuestras células e incluso las células cancerosas que engañan a nuestro sistema inmunológico haciéndoles creer que son células sanas».
Difícil de entender… hasta ahora
Todavía faltan muchas piezas en el rompecabezas de cómo se desarrolla la relación entre los azúcares y las bacterias porque son muy difíciles de estudiar. Esto se debe a que estas relaciones son temporales y débiles, lo que hace que la detección sea un verdadero desafío.
Dos de los estudiantes de Ceconi, la candidata a maestría Cécile Bousch y Ph.D. El candidato Brandon Vreulz tuvo la idea de utilizar la luz para encontrar estas interacciones. Los tres investigadores trabajaron para desarrollar un tipo de sonda química capaz de «congelar» el ensamblaje entre azúcares y líquenes y mostrarlo mediante fluorescencia.
La interacción entre el azúcar y la lectina se puede describir mediante una relación de «candado y llave», donde «algo» es el azúcar y el «candado» es la lectina. Los químicos ya han desarrollado moléculas capaces de bloquear esta interacción entre cerradura y llave y ahora pueden identificar qué tipos de azúcares se unen a moléculas de gran interés para la salud humana.
«Nuestra idea era marcar las moléculas de azúcar con un cromóforo, una sustancia química que da color a la molécula», explicó Ceconi. El cromóforo es en realidad fluorogénico, lo que significa que puede ser fluorescente si el azúcar unido a la molécula se captura eficazmente. Luego, los científicos pueden estudiar los mecanismos subyacentes a estas interacciones y los trastornos resultantes.
Ceconi y sus alumnos creen que su técnica se puede utilizar con otros tipos de moléculas. También será posible controlar el color de las nuevas sondas marcadas con fluorescencia que se diseñen.
Al permitir 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» Cécile Bousch, Brandon Vreulz, Kartikey Kansal, Ali El-Husseini y Samy Cecioni, 17 de octubre de 2023 Edición Internacional de Química Aplicada.
DOI: 10.1002/anie.202314248
