글리코믹스

Glycomics

글리코믹스유전자[1], 생리학적, 병리학적,[2][3] 그리고 다른 측면을 포함한 글리코메스의 포괄적인 연구입니다.글리코믹스는 "특정 세포 유형 또는 유기체의 모든 글리칸 구조에 대한 체계적인 연구"이며 당생물학[4]하위 집합이다.글리코믹스라는 용어는 단맛이나 설탕의 화학 접두어인 "글리코-"에서 유래했으며 유전체학(유전자를 다루는)과 단백질학(단백질을 다루는)에 의해 확립된 오믹스 명명 규칙을 따르기 위해 형성되었다.

과제들

  • 설탕의 복잡성: 설탕의 구조에 관해서는, 그것들은 선형적이지 않고, 대신 매우 가지가 많다.또한 글리칸은 변형될 수 있으며, 이는 글리칸의 복잡성을 증가시킨다.
  • 글리칸의 복잡한 생합성 경로.
  • 보통 글리칸은 단백질에 결합되거나 지질과 결합된다.
  • 게놈과 달리 글리칸은 매우 역동적이다.

이 연구 영역은 응용 [5]생물학의 다른 영역에서 볼 수 없는 고유한 수준의 복잡성을 다루어야 합니다.68개의 구성 요소(DNA, RNA 및 단백질 분자, 지질 범주, 당 결합 유형)는 세포의 전체 수명을 구성하는 분자 안무의 구조적 기초를 제공합니다.DNA와 RNA는 각각 4개의 구성 블록을 가지고 있습니다.지질케토아실이소프렌을 기준으로 8가지로 나뉜다.단백질에는 20개의 아미노산이 있다사카리드는 32가지 종류의 당 [6]결합을 가지고 있다.이러한 구성 블록은 단백질과 유전자에 대해서는 선형적으로만 부착될 수 있지만, 당류에는 분기 배열로 배열될 수 있어 복잡도가 더욱 높아집니다.

여기에 탄수화물, 당단백질 운반체뿐만 아니라 탄수화물과의 결합 및 반응에 관여하는 단백질과 관련된 수많은 단백질의 복잡성을 더한다.

  • 합성, 변조 및 분해를 위한 탄수화물 특이 효소
  • 모든 종류의 탄수화물 결합 단백질인 렉틴
  • 수용체, 순환 또는 막결합 탄수화물 결합 수용체

중요성

이 질문에 답하기 위해서는 글리칸의 다르고 중요한 기능을 알아야 한다.이러한 기능의 일부를 다음에 나타냅니다.

  • 세포 표면에서 발견되는 당단백질과 당지질은 세균과 바이러스 인식에 중요한 역할을 한다.
  • 그들은 세포 신호 경로에 관여하고 세포 기능을 조절한다.
  • 그들은 선천적인 면역력에 중요하다.
  • 그것들은 암의 발생을 결정한다.
  • 세포 운명을 조정하고 증식을 억제하며 순환과 침입을 조절합니다.
  • 그것들은 단백질의 안정성과 접힘에 영향을 미친다.
  • 그들은 당단백질의 경로와 운명에 영향을 미친다.
  • 글리칸 고유의 질병이 많이 있는데, 유전적인 질병도 많이 있습니다.

글리코믹스의 측면에는 중요한 의학적 응용이 있다.

글리칸은 세균 [7]생리학에서 다양한 역할을 하기 때문에 글리코믹스는 미생물학에서 특히 중요하다.박테리아 글리코믹스에 대한 연구는 다음과 같은 개발로 이어질 수 있다.

  • 새로운 약품.
  • 생체 활성 글리칸
  • 당결합백신

사용하는 도구

다음은 글리칸[4][5] 분석에서 일반적으로 사용되는 기술의 예입니다.

고해상도 질량분석(MS) 및 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)

가장 일반적으로 적용되는 방법은 MSHPLC이며, 이 방법에서는 글리칸 부분이 효소적 또는 화학적으로 표적에서 분해되어 [8]분석됩니다.당지질의 경우 지질성분을 분리하지 않고 직접 분석할 수 있다.

당단백질로부터의 N-글리칸을 형광화합물(환원표기)로 환원단백질(환원상,[9] 정상상 및 이온교환 HPLC)에 의해 통상적으로 분석한다.최근에는 다양한 라벨이 도입되었으며 2-아미노벤자미드(AB), 안트라닐산(AA), 2-아미노피리딘(PA), 2-아미노아크리돈(AMAC) 및 3-(아세틸아미노)-6-아미노아크리딘(AA-Ac)이 [10]일부에 불과했다.

O글리칸은 일반적으로 화학 물질 방출 조건으로 [11]인해 아무런 태그 없이 분석됩니다.

고성능 액체 크로마토그래피(HPLC) 기구에서 추출된 글리칸을 MALDI-TOF-MS(MS)로 추가로 분석하여 구조와 순도에 대한 추가 정보를 얻을 수 있다.때때로 글리칸 풀은 이소바릭 글리칸 구조 간의 구별이 더 어렵거나 심지어 항상 가능한 것은 아니지만 사전분할 없이 질량분석에 의해 직접 분석된다.어쨌든 직접 MALDI-TOF-MS 분석을 통해 글리칸 [12]풀을 빠르고 쉽게 설명할 수 있습니다.

최근 몇 년 동안 질량 분석과 결합된 고성능 액체 크로마토그래피가 매우 인기를 끌었다.액체 크로마토그래피의 정지상으로 다공질 흑연 탄소를 선택함으로써 비유도화 글리칸도 분석할 수 있다.[13][14][15]용도에는 Electrospray 이온화(ESI)가 자주 사용됩니다.

Multiple Reaction Monitoring(MRM)

MRM은 대사체학 및 프로테오믹스에서 광범위하게 사용되어 왔지만, 광범위한 동적 범위에 걸친 고감도 및 선형 응답으로 인해 글리칸 바이오마커 연구와 발견에 특히 적합하다.MRM은 제1의 4극에서 소정의 전구 이온, 충돌 4극에서 단편화, 제3의 4극에서 소정의 프래그먼트 이온을 검출하도록 설정된 3중 4극(QQ) 기기로 실행된다.이는 비스캔 기법이며, 각 전이가 개별적으로 감지되고 듀티 사이클에서 여러 전이가 동시에 감지됩니다.이 기술은 면역 글리콤을 [16][17][18]특징짓기 위해 사용되고 있다.

1: 글리칸 분석에서 질량 분석의 장점과 단점

이점 단점들
  • 소량 샘플에 적용 가능(낮은 fmol 범위)
  • 복잡한 글리칸 혼합물(추가 분석 차원 생성)에 유용합니다.
  • 부착면은 탠덤 MS 실험(측면 특이 글리칸 분석)을 통해 분석할 수 있습니다.
  • 탠덤 MS 실험에 의한 글리칸 시퀀싱.
  • 파괴적인 방법.
  • 적절한 실험 설계의 필요성.

어레이

렉틴 및 항체 어레이는 글리칸을 포함한 많은 샘플의 높은 처리량 스크리닝을 제공합니다.이 방법은 자연적으로 발생하는 렉틴 또는 인공 모노클로널 항체를 사용하며, 두 항체를 특정 칩에 고정시키고 형광 당단백질 샘플로 배양한다.

기능성 글리코믹스 컨소시엄과 Z 바이오텍 LLC가 제공하는 것과 같은 글리칸 배열은 탄수화물 특이성을 정의하고 배위자를 식별하기 위해 렉틴 또는 항체로 선별할 수 있는 탄수화물 화합물을 포함한다.

글리칸의 대사 및 공유가 라벨링

글리칸의 대사 라벨링은 글리칸 구조를 검출하는 방법으로 사용될 수 있다.잘 알려진 전략은 Staudinger 결합을 사용하여 반응할 수 있는 아지드 표지의 당을 사용하는 것이다.이 방법은 글리칸의 시험관내 및 생체내 이미징에 사용되어 왔다.

당단백질용 공구

복잡한 글리칸의 완전한 구조 분석을 위한 X선 결정학과 핵자기공명(NMR) 분광법은 어렵고 복잡한 분야이다.그러나 수많은 렉틴, 효소 및 기타 탄수화물 결합 단백질의 결합부위 구조는 글리콤 기능의 광범위한 구조적 기초를 밝혀냈다.테스트 시료의 순도는 크로마토그래피(어피니티 크로마토그래피 등)와 분석 전기영동(PAGE(폴리아크릴아미드 전기영동), 모세관 전기영동, 어피니티 전기영동 등)을 통해 구했다.

소프트웨어 및 데이터베이스

글리코믹 연구에 사용할 수 있는 몇 가지 온라인 소프트웨어와 데이터베이스가 있습니다.여기에는 다음이 포함됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Rudd, Pauline; Karlsson, Niclas G.; Khoo, Kay-Hooi; Packer, Nicolle H. (2017). "Chapter 51: Glycomics and Glycoproteomics". In Varki, Ajit (ed.). Essentials of glycobiology (Third ed.). Cold Spring Harbor, New York. ISBN 9781621821328.
  2. ^ Aoki-Kinoshita KF; Lewitter, Fran (May 2008). Lewitter, Fran (ed.). "An Introduction to Bioinformatics for Glycomics Research". PLOS Comput. Biol. 4 (5): e1000075. Bibcode:2008PLSCB...4E0075A. doi:10.1371/journal.pcbi.1000075. PMC 2398734. PMID 18516240.
  3. ^ Srivastava S (May 2008). "Move over proteomics, here comes glycomics". J. Proteome Res. 7 (5): 1799. doi:10.1021/pr083696k. PMID 18509903.
  4. ^ a b Essentials of Glycobiology (2nd ed.). Cold Spring Harbor Laboratory Press. 2009. ISBN 978-087969770-9.
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  7. ^ Reid, Christopher W. (2012). Bacterial glycomics : current research, technology, and applications. Norfolk, UK: Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-95-0.
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  12. ^ Harvey DJ, Bateman RH, Bordoli RS, Tyldesley R (2000). "Ionisation and fragmentation of complex glycans with a quadrupole time-of-flight mass spectrometer fitted with a matrix-assisted laser desorption/ionisation ion source". Rapid Commun. Mass Spectrom. 14 (22): 2135–42. Bibcode:2000RCMS...14.2135H. doi:10.1002/1097-0231(20001130)14:22<2135::AID-RCM143>3.0.CO;2-#. PMID 11114021.
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외부 링크