Bakteri yang direkayasa menghasilkan biomarker kanker – Sains Terkini

Kasihan glycan.

Molekul gula kompleks ini melekat pada 80% protein dalam tubuh manusia, menjadikannya bahan penting kehidupan. Tetapi proses ini, yang dikenal sebagai glikosilasi, telah dibayangi oleh proses biomolekuler yang lebih mencolok seperti transkripsi dan translasi.

"Glikosilasi sangat penting bagi kehidupan di planet ini. Namun, kita masih tahu relatif sedikit tentangnya," kata Matthew DeLisa, Profesor Teknik William L. Lewis di Sekolah Teknik Kimia dan Biomolekuler Smith. "Sementara banyak perhatian telah diberikan untuk memahami genom dan proteome, glycome – yang mewakili seluruh komplemen gula, baik bebas atau hadir dalam molekul yang lebih kompleks seperti glikoprotein, dari suatu organisme – telah relatif kurang dipelajari. Kami membutuhkan alat baru untuk memajukan bidang ini. "

Lab DeLisa telah menciptakan alat ini dengan mengambil alih mikroorganisme bersel tunggal yang sederhana – yaitu E. coli bakteri – dan merekayasa mereka untuk mengeksplorasi proses kompleks glikosilasi dan peran fungsional yang dimainkan oleh glikan terkait protein dalam kesehatan dan penyakit.


Makalah kelompok, "Rekayasa Biosintesis Glikoprotein O-linked Manusia Ortogonal dalam Bakteri," diterbitkan 27 Juli di Biologi Kimia Alam. Penulis utama adalah Aravind Natarajan, Ph.D. '19.

Sebelumnya, tim DeLisa menggunakan pendekatan rekayasa gliko sel yang serupa untuk menghasilkan salah satu jenis glikoprotein yang paling umum – glikoprotein dengan struktur glikan yang terkait dengan asam amino asparagin, atau terkait-N. Sekarang para peneliti telah mengalihkan perhatian mereka ke glikoprotein melimpah lainnya, yaitu O-linked, di mana glycans terikat pada atom oksigen dari asam amino serine atau treonine dari sebuah protein.

Glikan terkait-O lebih beragam secara struktural daripada sepupu terkait-N mereka, dan mereka memiliki implikasi penting dalam pengembangan pengobatan terapeutik baru untuk penyakit seperti kanker payudara.

"Upaya rekayasa sel kami cukup rumit karena kami tidak hanya perlu melengkapi E. coli dengan set lengkap enzim untuk membuat dan melekatkan struktur glycan ke protein, tapi kami juga harus hati-hati memperbaiki jaringan metabolisme asli untuk memastikan ketersediaan blok bangunan glycan penting seperti asam sialat, "kata Natarajan." Penambahan asam sialic ke dalam glikoprotein kami penting karena residu gula ini sering kali penting untuk menargetkan obat ke sel tertentu dan meningkatkan waktu paruh sirkulasi mereka. "

Ketika sebuah sel berubah menjadi kanker, ia mengekspresikan biomarker tertentu, termasuk protein permukaan glikosilasi yang tidak normal, yang menunjukkan adanya kanker. Kelompok DeLisa dilengkapi E. coli dengan mesin untuk menghasilkan protein semacam itu, termasuk yang sangat mirip dengan biomarker kanker terkemuka, musin 1 (MUC1).

"Versi glikosilasi dari MUC1 adalah salah satu antigen target prioritas tertinggi untuk terapi kanker. Sangat menantang untuk mengembangkan terapi terhadap target ini," kata DeLisa, penulis senior makalah tersebut. "Tetapi dengan memiliki alat biosintetik seperti yang kami buat yang mampu mereplikasi struktur MUC1, kami berharap ini dapat menyediakan reagen glikoprotein yang dapat dimanfaatkan untuk menemukan antibodi atau digunakan secara langsung sebagai imunoterapi, yang semuanya dapat membantu dalam memerangi jenis kanker tertentu. "

Baik glycans terkait-O dan terkait-N juga telah ditemukan di salah satu protein permukaan virus SARS-CoV-2, yang menyebabkan COVID-19. DeLisa berharap metode rekayasa gliko sel bakteri kelompoknya akan membuka pintu untuk membuat versi glikosilasi dari protein S ini yang dapat mengarah pada antibodi terapeutik melawan virus corona, atau pengembangan vaksin subunit.


Karena pekerjaan mereka sebelumnya yang mereplikasi glycans terkait-N, para peneliti dapat mengaktifkan dan menjalankan sistem terkait-O dengan cepat. Sekarang lab DeLisa siap untuk membuat protein yang membawa kedua jenis glikosilasi, yang penting karena banyak glikoprotein, seperti S-protein dalam SARS-CoV-2, membawa struktur glycan terkait N dan O.

Para peneliti juga mencari cara untuk meningkatkan spektrum glikoprotein yang mereka rekayasa E. coli sel dapat diproduksi dan efisiensi yang menghasilkan produk ini.

"Kami memikirkan E. coli sebagai sasis bersih atau batu tulis kosong dalam hal glikosilasi protein, karena bakteri ini biasanya tidak melakukan reaksi glikosilasi seperti yang telah kami pasang, "kata DeLisa." Ini memungkinkan pembangunan jalur ini dari bawah ke atas, memberi kami total mengontrol jenis struktur glycan yang dibuat, dan situs spesifik dalam protein target tempat mereka menempel. Itu adalah tingkat kendali yang sulit dicapai dengan sistem atau teknologi berbasis sel yang sudah ada sebelumnya untuk rekayasa glikoprotein. "

Referensi:

Bahan disediakan oleh Universitas Cornell. Asli ditulis oleh David Nutt. Catatan: Konten dapat diedit gaya dan panjangnya.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.