Glicobiología

Definida en el sentido más estricto, la glucobiología es el estudio de la estructura, biosíntesis y biología de los sacáridos (cadenas de azúcar o glicanos) que se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza. Los azúcares o sacáridos son componentes esenciales de todos los seres vivos y los aspectos de los diversos roles que desempeñan en biología se investigan en diversos campos médicos, bioquímicos y biotecnológicos.

Historia

Según el Oxford English Dictionary, el término específico glucobiología fue acuñado en 1988 por el profesor Raymond Dwek para reconocer la unión de las disciplinas tradicionales de la química y la bioquímica de los carbohidratos. Esta unión fue el resultado de una comprensión mucho mayor de la biología celular y molecular de los glicanos. Sin embargo, ya a fines del siglo XIX, Emil Fisher estaba realizando esfuerzos pioneros para establecer la estructura de algunas moléculas básicas de azúcar. Cada año, la Sociedad de Glicobiología otorga el premio Rosalind Kornfeld por su trayectoria en el campo de la glicobiología.

Glicoconjugados

Los azúcares pueden unirse a otros tipos de moléculas biológicas para formar glicoconjugados. El proceso enzimático de glicosilación crea azúcares/sacáridos unidos entre sí y con otras moléculas por el enlace glucosídico, produciendo así glicanos. Las glicoproteínas, los proteoglucanos y los glicolípidos son los glicoconjugados más abundantes que se encuentran en las células de los mamíferos. Se encuentran predominantemente en la membrana celular externa y en los fluidos secretados. Se ha demostrado que los glicoconjugados son importantes en las interacciones célula-célula debido a la presencia en la superficie celular de varios receptores de unión a glucano además de los propios glicoconjugados. Además de su función en el plegamiento de proteínas y la unión celular, los glicanos ligados a N de una proteína pueden modular la función de la proteína, en algunos casos actuando como un interruptor de encendido y apagado.

Glucómica

"La glucómica, análoga a la genómica y la proteómica, es el estudio sistemático de todas las estructuras de glucano de un tipo de célula u organismo determinado" y es un subconjunto de glicobiología.

Retos en el estudio de estructuras de azúcar

Parte de la variabilidad observada en las estructuras de los sacáridos se debe a que las unidades de monosacáridos se pueden acoplar entre sí de muchas maneras diferentes, a diferencia de los aminoácidos de las proteínas o los nucleótidos del ADN, que siempre se acoplan de forma estándar. El estudio de las estructuras de los glicanos también se ve complicado por la falta de un molde directo para su biosíntesis, al contrario de lo que sucede con las proteínas donde su secuencia de aminoácidos está determinada por su gen correspondiente.

Los glicanos son productos de genes secundarios y, por lo tanto, se generan por la acción coordinada de muchas enzimas en los compartimentos subcelulares de una célula. Dado que la estructura de un glicano puede depender de la expresión, actividad y accesibilidad de las diferentes enzimas biosintéticas, no es posible utilizar tecnología de ADN recombinante para producir grandes cantidades de glicanos para estudios estructurales y funcionales como lo es para proteínas.

Herramientas y técnicas modernas para la predicción de la estructura de glicanos

Los instrumentos analíticos avanzados y los programas de software, cuando se usan en combinación, pueden revelar el misterio de las estructuras de glucano. Las técnicas actuales para la anotación estructural y el análisis de glicanos incluyen cromatografía líquida (LC), electroforesis capilar (CE), espectrometría de masas (MS), resonancia magnética nuclear (NMR) y matrices de lectina.

Una de las técnicas más utilizadas es la espectrometría de masas, que utiliza tres unidades principales: el ionizador, el analizador y el detector.

Las matrices de glicanos, como la que ofrece el Consorcio para la Glicómica Funcional y Z Biotech LLC, contienen compuestos de carbohidratos que se pueden analizar con lectinas o anticuerpos para definir la especificidad de los carbohidratos e identificar los ligandos.

Monitorización de reacciones múltiples (MRM)

MRM es una técnica basada en espectrometría de masas que se ha utilizado recientemente para la elaboración de perfiles de glicosilación específicos del sitio. Aunque MRM se ha utilizado ampliamente en metabolómica y proteómica, su alta sensibilidad y respuesta lineal en un amplio rango dinámico lo hacen especialmente adecuado para la investigación y el descubrimiento de biomarcadores de glicanos. La MRM se realiza en un instrumento de triple cuadrupolo (QqQ), que está configurado para detectar un ión precursor predeterminado en el primer cuadrupolo, un ión fragmentado en el cuadrupolo de colisión y un ión de fragmento predeterminado en el tercer cuadrupolo. Es una técnica sin exploración, en la que cada transición se detecta individualmente y la detección de múltiples transiciones ocurre simultáneamente en ciclos de trabajo. Esta técnica se está utilizando para caracterizar el glicoma inmune.

Medicina

Los medicamentos que ya están en el mercado, como la heparina, la eritropoyetina y algunos medicamentos contra la gripe, han demostrado su eficacia y resaltan la importancia de los glicanos como una nueva clase de medicamento. Además, la búsqueda de nuevos fármacos contra el cáncer está abriendo nuevas posibilidades en glicobiología. Los medicamentos contra el cáncer con mecanismos de acción nuevos y variados junto con los medicamentos antiinflamatorios y antiinfecciosos se encuentran actualmente en ensayos clínicos. Pueden aliviar o completar las terapias actuales. Aunque estos glicanos son moléculas difíciles de sintetizar de forma reproducible debido a su compleja estructura, este nuevo campo de investigación es muy esperanzador para el futuro.

Piel

La glucobiología, en la que los avances tecnológicos más recientes han hecho posibles los últimos avances, ayuda a proporcionar una comprensión más específica y precisa del envejecimiento de la piel. Ahora se ha establecido claramente que los glucanos son los principales constituyentes de la piel y juegan un papel decisivo en la homeostasis de la piel.

• Ellos juegan un papel crucial en el reconocimiento de moléculas y células, actúan, sobre todo, en la superficie de las células para entregar mensajes biológicos.
• Son instrumentales en el metabolismo de las células: síntesis, proliferación y diferenciación
• Tienen un papel que desempeñar en la estructura y arquitectura del tejido.

Vital para el buen funcionamiento de la piel, los glicanos experimentan cambios tanto cualitativos como cuantitativos en el curso del envejecimiento. Las funciones de comunicación y metabolismo se ven alteradas y la arquitectura de la piel se degrada.