인간 Glycome 무엇입니까? 과학자들이 설탕 코드를 어떻게 풀 렸는지

당신이 설탕을 생각할 때, 당신은 쿠키를 만들거나 커피를 달랠 때 사용하는 달콤하고 하얀 결정질의 설탕을 생각할 것입니다. 그러나 우리 몸에서 간단한 당 분자가 서로 연결되어 암, 노화 및자가 면역 질환을 비롯한 건강 문제와 관련이있는 것으로 밝혀진 강력한 구조를 만들 수 있음을 알고 계셨습니까?

우리 세포의 각각을 커버하는이 긴 당 사슬은 글리 칸 (glycans)이라고 불리우며 국립 과학원에 따르면 그 위치와 구조의지도를 작성하면 우리를 현대 의학의 새로운 시대로 안내 할 것입니다. 이것은 우리 몸에있는 당의 전체 집합체 인 인간 글리 칸이 아직 진단되지 않은 글리 칸을 함유하고 있기 때문에 의사가 환자를 진단하고 치료할 수 있도록 도움을주기 때문입니다.

인간 게놈 프로젝트의 2003 년 완공으로 전 세계적으로 주목을받은 대다수의 사람들은 DNA, 유전체학, 심지어 프로테오믹스에 대해서도 들어 봤습니다. 그러나 glycomics라고도 알려진 glycans의 연구는 다른 분야의 연구보다 약 20 년 뒤처집니다. 이러한 지연의 한 가지 이유는 과학자들이 사람들의 세포에서 글리 칸 구조와 그 부착 부위를 신속하게 확인하는 도구를 개발하지 못했다는 것입니다. "설탕 코트"는 다소 수수께끼 같았습니다.

지금까지는 그렇습니다.

대부분의 실험실은 세포 또는 분자 연구에 중점을두고 있지만, 우리 연구실은 글리 칸 구조와 그 부착 사이트를 신속하게 특징 짓는 기술 개발에 전념하고 있습니다. 우리의 궁극적 인 목표는 다양한 세포 유형에서 수십만 개의 당과 그 위치를 규명 한 다음이 정보를 사용하여 각 개인에게 의학 치료를 맞춤화하는 것입니다.

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왜 우리는 글리 칸 (Glycans)에 관심이 있습니까?

미래에는 류마티스 성 관절염, 암 또는 심지어 음식 알레르기와 같은 질병이 발생할 위험을 예측하기 위해 개인의 글리 칸 산물 분석이 이용 될 가능성이 높습니다. glycome 변화가 특히 특정 질병 상태에 묶일 수 있기 때문입니다. 또한 노화와 같은 생물학적 과정은 우리의 글리콜 릭 염증과 관련이 있습니다. 이러한 변화를 뒤집어 놓으면 질병이나 심지어는 노화를 예방하는 데 도움이 될 수있는 시험이 남아 있습니다. 이는 흥미로운 가능성입니다.

DNA, 단백질 및 지방과 함께 글리 칸은 생명에 필수적인 4 대 고분자 중 하나입니다. 이 네 가지 중에서 글리 칸은 세포가 어떻게 행동하는지에 대한 최종 중재자입니다.

DNA는 우리가 생각하는 것, 생각하고 행동하는 능력을 조율하며 심지어 우리가 가장 쉽게 감수 할 수있는 질병을 결정합니다. 우리 DNA 안에는 단백질을 합성하는 방법에 대한 지침이 들어있는 단편 유전자가 있습니다. 단백질은 차례로 세포의 "작업자"이며, 삶에 필요한 많은 기능을 수행합니다.

그러나 단백질이 어떻게 작용하는지는 종종 글리 칸이 그것에 붙어있는 지에 달려 있습니다. 즉, 이러한 당 분자는 단백질이 어떻게 작용하는지, 세포가 자극에 어떻게 반응하는지에 큰 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어, 세포 외부의 일부 글리 칸을 변경하면 그 세포가 우리 몸의 다른 위치로 이동하게됩니다.

글리 칸의 주된 역할은 우리 세포의 표면에있는 단백질과 지방을 변형시키는 것입니다. 함께, 그들은 세포 주위에 두꺼운 설탕 코트를 만듭니다. 우리가 세포의 표면을 토양이라 생각한다면, 글리 칸은 싹이 트고 세포에 색과 정체성을 가져 오는 놀라 울 정도로 다양한 식물의 생명과 잎이 될 것입니다. 실제로 육안으로 세포를 볼 수 있다면 매우 어둡게 보일 것입니다. 10 배 더 많은 털을 가진 복숭아를 묘사하십시오.

글리 칸 (Glycans)은 우리 자신의 세포에 라벨을 붙이고 "셀프 (Self)"로 식별합니다.

세포 주변의 솜털 모양은 글리 칸 코트입니다. 우리 세포의 외부에 있기 때문에, 글리 칸은 대부분의 세포 상호 작용에 대한 접촉의 첫 번째 지점이며 따라서 세포가 서로 어떻게 소통하는지에 영향을줍니다. 글리 칸은 독특한 세포질 "바코드"로 생각할 수 있습니다. 따라서 신장 세포의 솜털 모양은 면역 세포의 솜털 모양과 다르게 보일 것입니다. 그러나 유사점도 있습니다. 사실 병원체를 찾는 우리 몸을 조사하는 면역 세포는 우리 몸의 모든 세포가 공유하는 글리 칸 "바코드"의 공통적 인 특징 때문에 우리 자신의 "자체"세포를 공격하지 않는다는 것을 안다.

대조적으로, 말라리아와 같은 박테리아와 기생충은 인간 세포에는 보이지 않는 다른 "설탕 코팅"을 가지고 있습니다. 박테리아 설탕이 "외국"이라는 태그가 붙어 있으면 사람의 면역계가 세균을 파괴 대상으로합니다. 그러나 일반적으로 아기에게 심한 감염을 일으키는 B 군 연쇄상 구균과 같은 일부 유해 세균성 병원균은 양피를 입은 늑대와 같은 변종과 유사한 글리 칸을 운반하여 인간 세포를 가장함으로써 면역 검출을 피할 수 있습니다.

불행히도 일부 병원체는 당뇨병을 일으켜 질병을 일으킬 수 있습니다. HIV와 에볼라 같은 치명적인 바이러스는 인간의 세포를 감염시키면서 특정 글리 칸 (glycan)을 보유하도록 진화했습니다. 이러한 바이러스가 우리의 글리 칸과 상호 작용하지 못하도록 막거나 바이러스 특이 적 글리 칸을 공격하는 치료법은 이러한 감염을 치료하는 새로운 방법 일 수 있습니다.

새로운 연구에 따르면 글리 칸은 류마티스 관절염과자가 면역성 췌장염과 같은자가 면역 질환의 발병에 큰 역할을합니다. 글리 칸은 면역 세포의 기능에 직접적인 영향을 미치기 때문에 놀라운 일은 아닙니다.

일반적으로 우리의 면역 세포는 우리 몸의 "방어 시스템"으로 작용하며 해로운 박테리아 나 바이러스와 같은 외래 침입자를 확인하고 파괴합니다. 그러나 몸이 우리 자신의 세포를 적으로 잘못 표시하고 내부 공격을 시작하면자가 면역이 생깁니다. 흥미롭게도, 그러한 경우, 신체에 대한 공격의 강도를 지시 할 수있는자가 공격 항체에 존재하는 글리 칸이다. 이 비정상적인 면역 반응은 글리 칸 (glycan)에 대해서도 유도 될 수 있습니다. 예를 들어, 면역계는 마치 "외부"분자 인 것처럼 "자체"글리 칸을 실수 할 수 있습니다. 우리의 연구팀은 최근 이러한 면역 관계의 일부를 설명하는 glycan 이론을 소개 한 논문을 발표했습니다.

우리 음식의 글리 칸은 면역 반응을 유발할 수 있습니다.

적혈구 섭취와 죽상 경화증과 같은 질병을 연결하는 많은 연구가 있었지만 최근까지 왜 또는 어떻게 발생했는지를 보여주지 못했습니다. 한 가지 흥미로운 연구는 범인은 다루기 힘든 이름 인 비인간적 인 시알 산 N- 글리콜 릴 뉴 라민 산 또는 간단히 Neu5Gc를 가진 설탕이었다고 제안합니다. Neu5Gc는 인간을 제외한 모든 포유 동물에서 발견됩니다. 왜냐하면 Neu5Gc를 만들 수있는 초기 인간은 고대 말라리아 기생충으로 죽었 기 때문입니다.

그러나 우리가 지금 Neu5Gc를 생산하는 능력이 부족하더라도 우리의 육체는 붉은 살을 먹음으로써 우리 몸에있는 글리 칸으로 세포를 통합 할 수 있습니다. 일단 그것이 우리 세포의 글리 칸 코트의 일부가되면, 우리 세포는 그들을 둘러싸고있는 "외래"물질 인 Neu5Gc를 가지고 있습니다. 이것은 우리의 면역 체계가 Neu5Gc를 "외국"으로 인식하고 공격하기 때문에 몸 전체에 염증을 일으킬 수 있습니다. 이러한 내부 공격으로 인한 만성 염증은 심장 발작, 뇌졸중, 심지어 암까지 유발할 수 있습니다.

우리의 몸은 수만 개의 고유 한 글리 칸을 합성하며, 종종 간단한 설탕 빌딩 블록으로 형성된 분지 구조를 가지고 있습니다. 단백질 또는 지방은 수십 개의 독특한 글리 칸으로 변형 될 수 있습니다. 수십만 개의 글리 칸 패턴을 분석 할 수있는 실용적이고 효율적인 방법이 필요하기 때문에 이러한 무수한 조합은 글리 칸 매핑 작업을 어려운 작업으로 만듭니다.

우리의 연구팀은 이제 인간 glycome을 빠르고 강력하게 모니터하는 방법을 개발했습니다. 우리의 기술은 공학 발전과 표본 처리의 향상을 이용하여 수천 개의 글리 칸을 한 번에 모니터링 할 수 있으므로 건강한 대조군과 다양한 질병을 가진 환자의 세포에서 글리 칸을 특징 지을 수 있습니다. 우리의 목표는 임상의가 모든 인간 질병을 진단하고 치료할 수 있도록 예측 모델을 개발하는 데이 데이터를 사용하는 것입니다. 우리는 "설탕 코드 (sugar code)"를 풀면서 의학 발전의 새로운 물결이 올 것이라고 믿는다.

Jenny Wang은이 기사의 공동 저자입니다.

이 기사는 Emanual Maverakis, Carlito Lebrilla 및 Jenny Wang의 Conversation에 처음 게시되었습니다. 여기에 원본 기사를 읽으십시오.