Sokerit lääketieteessä

Transkriptio

1 Sokerit lääketieteessä Risto Renkonen Haartman Instituutti, Helsingin yliopisto Syyskuu 2013 Johdanto GDP-mannose pathway GLUCOSE Golgi M1P M6P G6P Pentose phosphate pathway GDP-Man F6P GDP-Man Dol P-Man ER Synteesi Glycolysis Citrate cycle Energiaa 1

2 Sokerit energian lähteenä ja rakennusaineina - tärkkelys on glukoosin polymeeri - pilkkoutuu glukoosiksi, josta saadaan mm ATP:ta tai rakennuspalikoita Sokerien eli hiilihydraattien kaava: (CH 2 O) n Monosakkaridit ovat aldehydejä TAI ketoneja 2

3 Bakteerien soluseinässä - penisilliini (betalaktaami antibiootit) estävät peptidoglykaanin ristisidokset (= soluseinän synteesin) - ihmisiltä puuttuu tämä rakenne ja siksi antibiooteilla ei ole paljon suoria sivuvaikutuksia Sokeri-proteiini liitos kts esim lektiinit 3

4 Solujen tarttuminen toisiinsa sukupuu 4

5 Glykosiidisen sidoksen syntyminen Tavallinen pöytä sokeri - sukraasi entsyymi pilkkoo tämän 5

6 Maitosokeri - ongelmia tulee jos ei omaa laktaasia, joka purkaa sidoksen ja vapauttaa glukoosia - tutkitaan rasituskokeessa, jossa [gluc] tulisi kohota Estää monien hiiva- ja bakteerisolujen jäätymistä 6

7 Lineearisia glukoosin polymeerejä Ravinto: - ihmiset voivat käyttää tärkkelystä (starch) ravintona, koska meillä on amylaasi, joka pilkkoo entsymaatisesti glukoosit irti - sellulosaa emme osaa itse hajottaa, pilkkova entsyymi puuttuu - märehtijät voivat syödä heinää sillä niillä on ruoansulatuskanavassa cellulase entsyymejä tuottavia bakteereja Kitiini --GlcNacβ1,4GlcNAc-- lineaarinen polymeeri - luonnon yleisimpiä sokerirakenteita - selkärangattomat - äyriäiset, simpukat, kovakuoriaiset, jne 7

8 Haaroittuvia polymeerejä Glucosamineglucans, GAGs 8

9 Lipopolysakkaridi - LPS LPS rakenne Gram-negastiivisella bakteerilla (Salmonella) Sokeri-peptidi sidokset 2 9

10 N-linkatun sokerin core-rakenne N-linkatun sokeriketjun pidennys 10

11 N-linkatuilla sokereilla koristeltu glykoproteiini N-linkatun sokeriketjun synteesi ER:ssä 11

12 Synteesi O-linkatut: GalNAc liitetään entsyymillä seriini tai threoniini aminohappoon sokeriketjua voidaan kasvattaa suorana ja/ tai haaroittaa Sokereiden synteesi Golgissa GDP-Fucose GMP+ Pi α1,3-fucosyltransferase Sialyl lactosamine Sialyl Lewis x SAα2,3Galβ1,4GlcNAc SAα2,3Galβ1,4(Fucα1,3)GlcNAc 12

13 Sokereita biologiassa Nukleiinihapot, proteiinit ja sokerit ovat biopolymeereja Sokereiden erityispiirre on niiden rakenteiden monimuotoisuus: DNA:n neljästä nukleotidistä voidaan järjestää 64:llä eri tavalla kolmen nukleotidin ketju Neljästä monosakkaridista voidaan saada yli erilaista kolmikkoa Sokeritutkimuksen ongelmat Yli 50% solujen pintaproteiineista on sokeroitu eli ne ovat glykoproteiineja Sokereita on ollut hyvin vaikea tutkia, 1990-luvulla tilanne alkoi nopeasti muuttua Kromatografialaitteet ovat kehittyneet nopeasti Ydinmagneettinen spektroskopia (NMR) sekä massaspektrometria ovat avanneet uusia mahdollisuuksia Ensimmäiset sokerirakenteiden synteesiin osallistuvat transferaasit kloonattiin jo 1980-l lopussa 13

14 Nuclear magnetic resonance (NMR) Massaspektrometrometria mm KCl (33.904) TOF MS ES % m/z 14

15 Massaspektrometrometria 2 Glykoproteiinien tunnistus 15

16 16

17 17

18 Glykopeptidien analyysi N-432 ABO veriryhmä antigeenit ovat sokereita 18

19 Lektiinit Vicia cracca, (hiirenvirna) HY:ssä löydettiin lektiinit - proteiineja, jotka tunnistavat ja sitovat vain tiettyä sokerirakennetta - ABO veriryhmä spesifit lektiinit 1990 nisäkäslektiinit eli selektiinit näillä keskeinen osuus solujen tarttumisessa toisiinsa Lektiineja ja niiden tunnistamia sokereita 19

20 Mitä glykoproteiinit tekevät? Esim. Neisseria ja Helicobacter naamioituvat" isäntää muistuttaviin sokereihin ja välttävät täten immunopuolustuksen Bakteerit, virukset ja parasiitit voivat kiinnittyä sokereilla isäntänsä soluihin - Terminaalinen sialihappo toimii reseptorina useiden virusten hemagglutiniineille - Limakalvoilla tietty sokerirakenne toimii spesifisen virtsatietulehdusten aiheuttajan eli E. colin reseptorina Influenza-virus tarttuu epiteeliin 20

21 Sokerit voivat modifioida proteiineja - auttavat proteiinien endoplastic reticulumissa (ER) tapahtuvassa laskostumisessa - calnexin-calreticulin reitti tunnistaa ja tuhoaa väärin sokeroidut ja laskostetut proteiinit - Sokerointi vaikuttaa monien hormonien ja sytokiinien aktiivisuuteen - HCG, N-linkatut sokerit tässä tärkeitä signaalin välitykselle soluun - EPO ja GM-CSF, N-linkattuja sokereita tarvitaan näiden sytokiinien tarttumiseen solun pinnan reseptoriin Fukoosi Oleellinen solujen välisissä interaktioissa Inflammaatioissa eli tulehduksissa infektioissa syöpäsolujen metastaasien muodostuksessa Myös osana ABO-veriryhmäantigeenien runkoa 21

22 Fukosyloitu glykaani sialyl Lewis x (slex) Neu5Acα2 3 Galβ1-4GlcNAc Fuc α1 3 SAα2,3Galβ1,4(Fucα1,3)GlcNAc Valkosolujen kierto Normaalisti valkosolut kiertävät verenkierrossa suurella nopeudella Valkosolut pääsevät tulehtuneeseen kudokseen tunkeutumalla verisuonen endoteelin läpi (ekstravasaatio) Normaalisti vain imusolmukkeissa tulehduspesäkkeissä tätä voi tapahtua missä elimessä tahansa 22

23 Valkosolujen siirtyminen kudoksiin Endoteelin (sulfo) slex lisääntyy voimakkaasti elinsiirteen hyljinnän alkaessa Vasta-aineita: - 2F3/ HECA-452 tunnistaa slex rakenteen MECA-79 tunnistaa sulfatoidun rakenteen - Mitä enemmän sulfo slex sokereita endoteelissa on sitä vakavampi tulehdusreaktio 23

24 Sokereita astmaatikon kehkojen verisuonten endoteelissä Astmapotilaan bronkusbiopsiassa on verisuonten endoteelissä sulfo slex sokeria normaali astma Tulehduksen suuntanumerot % suonista ilmentää slex sokereita Terve Tulehtunut 2F3/Heca452/Meca79 2F3/Heca452/Meca79 Iho Sydän Keuhkot Suoli Kilpirauh

25 Valkosoluja tulehduspesäkkeessä a b Syöpäsolujen metastasointi Fukosyloidut sokerit ja selektiinit usein mukana metastaasien leviämisessä 25

26 Yhteenvetoa a = sokerit-lektiinit b = influenza virus tarttuu epiteelin glykoproteiineihin c = pertussis toksiini tarttuu glykolipideihin d = Helicobacter pylori voi tarttua moniin sokerirakenteisiin e = selektiinit välittää valkosolujen tarttumista 26