İnsan Glycome Nedir? Bilim İnsanları Şeker Kodunu Nasıl Açtılar?

Şekeri düşündüğünüzde, muhtemelen kurabiye yapmak veya kahvenizi tatlandırmak için kullandığınız tatlı, beyaz, kristal sofralık şekeri düşünürsünüz. Ancak vücudumuzda, kanser, yaşlanma ve otoimmün hastalıklar da dahil olmak üzere sağlık sorunlarıyla bağlantılı olduğu tespit edilen güçlü yapılar oluşturmak için basit şeker moleküllerinin birbirine bağlanabileceğini biliyor muydunuz.

Her bir hücremizi kaplayan bu uzun şeker zincirlerine glikan denir ve Ulusal Bilimler Akademisine göre, konumlarını ve yapılarını gösteren bir harita oluşturmamız bizi yeni bir modern tıp çağına götürecektir. Bunun nedeni, insan vücudumuzdaki tüm şeker toplama gliserleri olan hekimlerin hastalarını teşhis ve tedavi etmelerine yardımcı olma potansiyeline sahip henüz keşfedilmemiş glikanları barındırmasıdır.

İnsan Genom Projesinin 2003 yılında tamamlanmasıyla elde edilen dünya çapında dikkat sayesinde, birçok insan DNA, genomik ve hatta proteomik - proteinlerin çalışmasını duymuşlardır. Ancak, glikomik olarak da bilinen glikanların incelenmesi, diğer alanların yaklaşık 20 yıl gerisindedir. Bu gecikmenin sebeplerinden biri, bilim adamlarının glikan yapılarını ve insan hücrelerinin üzerindeki bağlanma yerlerini hızlı bir şekilde tanımlayan araçları geliştirmemeleridir. “Şeker kat” biraz gizemli olmuştur.

Şimdiye kadar, öyle.

Laboratuarların çoğu hücresel veya moleküler araştırmalara odaklanırken, laboratuarımız glikan yapılarını ve bağlanma yerlerini hızlı bir şekilde karakterize etmek için teknoloji geliştirmeye kendini adamıştır. Nihai hedefimiz yüz binlerce şekeri ve bunların yerlerini çeşitli hücre tiplerinde kataloglamak ve daha sonra bu bilgileri tıbbi tedavileri her bir kişiye göre ayarlamak için kullanmaktır.

Ayrıca bu videoyu da beğenebilirsin. Ters:

Neden Glikanları Önemsiyoruz?

Gelecekte, bir bireyin glikan analizinin, romatoid artrit, kanser ve hatta gıda alerjileri gibi hastalıklar geliştirme riskimizi tahmin etmek için kullanılması muhtemeldir. Bunun nedeni, glisit değişikliklerinin özel hastalık durumlarına spesifik olarak bağlanabilmesidir. Ayrıca, yaşlanma gibi biyolojik süreçler gliserimizdeki iltihaplanma ile bağlantılıdır. Bu değişikliklerin tersine çevrilmesi, hastalığın önlenmesine veya hatta yaşlanmanın yavaşlamasına yardımcı olabilirse merak uyandırıcı bir olasılık olabilir.

DNA, proteinler ve yağlarla birlikte, glikanlar yaşam için gerekli dört ana makromolekülden biridir. Bu dördüncüsü, glikanlar, hücrelerimizin nasıl davrandığının son hakimidir.

DNA nasıl göründüğümüzü, düşünme ve davranma kapasitemizi düzenler ve hatta en duyarlı olduğumuz hastalıkları bile belirler. DNA'mızda, proteinlerin nasıl sentezleneceğine dair talimatlar içeren genler kısa segmentlerdir. Proteinler ise, yaşam için gerekli birçok işlevi yerine getiren hücrenin “işgücü” dür.

Bununla birlikte, bir proteinin nasıl davrandığı genellikle hangi glikanların kendisine bağlı olduğuna bağlıdır. Başka bir deyişle, bu şeker molekülleri, proteinlerimizin işlerini nasıl yaptıklarını ve hatta hücrelerimizin uyaranlara nasıl tepki vereceğini büyük ölçüde etkileyebilir. Örneğin, bir hücrenin dışından birkaç glikan değiştirirseniz, o hücrenin vücudumuzdaki farklı bir yere taşınması tetiklenebilir.

Glikanların asıl işi, hücrelerimizin yüzeyinde bulunan proteinleri ve yağları değiştirmektir. Birlikte, hücre çevresinde kalın bir şeker kaplama oluştururlar. Hücrenin yüzeyinin toprak olduğunu düşünürsek, glikanlar filizlenen ve hücreye renk ve kimlik getiren harika çeşitlilik gösteren bitki yaşamı ve yaprakları olacaktır. Aslında, çıplak gözle bir hücre görebilseydin çok bulanık görünürdü. 10 kat daha fazla tüyleri olan bir şeftali hayal edin.

Glikanlar Kendi Hücrelerimizi Etiketler ve Onları “Ben” Olarak Tanımlar

Bir hücrenin etrafındaki ses onun glikan ceketidir. Hücrelerimizin dışında bulunan glikanlar, çoğu hücresel etkileşim için ilk temas noktasıdır ve böylece hücrelerin birbirleriyle nasıl iletişim kurduğunu etkiler. Ayrıca glikanları benzersiz bir hücresel “barkod” olarak da düşünebilirsiniz. Böylelikle böbrek hücresinin yayını, bağışıklık hücresinin kaymasından farklı görünecektir. Ancak benzerlikler de var. Aslında, vücudumuzu patojenleri araştıran bağışıklık hücreleri, vücudumuzun tüm hücreleri tarafından paylaşılan glikan “barkodundaki” ortak özellikler nedeniyle kendi “kendi” hücrelerimize saldırmamayı bilmektedir.

Buna karşılık, sıtma gibi bakteri ve parazitlerin insan hücrelerinde görülmeyen farklı “şeker kaplamaları” vardır. Bakteriyel şekerler “yabancı” olarak etiketlendiğinde, bir kişinin bağışıklık sistemi bakteri yok etmeyi hedefler. Bununla birlikte, genellikle bebeklerde ciddi enfeksiyonlara neden olan B grubu streptokok gibi zararlı bakteriyel patojenler, koyun derisinde giyinen kurt benzeri bir glikan taşıyarak insan hücrelerini taklit ederek bağışıklık tespitini önleyebilir.

Ne yazık ki, bazı patojenler hastalıklara neden olmalarına yardımcı olmak için glikanlarımızı da kullanabilirler. HIV ve Ebola gibi ölümcül virüsler, insan hücremize bulaştıkları sırada “kilitledikleri” spesifik glikanları tutmaya başlamışlardır. Bu virüslerin glikanlarımızla etkileşmesini engelleyen veya virüse özgü glikanlara saldıran tedaviler, bu enfeksiyonların tedavisi için yeni bir yol olabilir.

Yeni araştırmalar, glikanların, romatoid artrit ve otoimmün pankreatit gibi otoimmün hastalıkların gelişiminde büyük rol oynadığını da göstermiştir. Bu şaşırtıcı değildir, çünkü glikanlar immün hücrelerin işlevini doğrudan etkiler.

Normalde, bağışıklık hücrelerimiz vücudumuzun “savunma sistemi” olarak hareket eder ve zararlı bakteri veya virüs gibi yabancı istilacıları tespit eder ve yok eder. Fakat vücut yanlışlıkla kendi hücrelerimizi düşman olarak etiketlediğinde ve kendisine içsel bir saldırı başlattığında, otoimmünite doğar. İlginç bir şekilde, bu gibi durumlarda, vücuttaki saldırının gücünü belirleyecek olan yaramazlık kendiliğinden salınan antikorlarda mevcut olan glikanlardır. Bu anormal immün cevap, glikanlara karşı bile yönlendirilebilir. Örneğin, bağışıklık sistemi “kendi” glikanlarını sanki “yabancı” moleküllermiş gibi yanabilir.Araştırma ekibimiz yakın zamanda glikan otoimmünite teorisini tanıtan bir makale yayınladı, bu ilişkilerin bir kısmını açıkladı.

Yiyeceklerimizdeki Glikanlar İmmün Yanıtları Tetikleyebilir

Kırmızı et tüketimini ateroskleroz ve diyabet gibi hastalıklarla bağdaştıran birçok çalışma olmuştur, ancak bunun neden ve nasıl yakın zamana kadar gerçekleştiğini gösterememiştir. İlgi çekici bir çalışma, suçluların, hantal olmayan isim, insanlık dışı sialik N-glikolilneuraminik asit veya kısaca Neu5Gc içeren bir şeker olduğunu ortaya koyuyor. Neu5Gc, insanlar hariç tüm memelilerde bulunur, çünkü Neu5Gc'yi başarabilecek erken insanlar, eski bir malarial parazitten öldü.

Bununla birlikte, şu anda Neu5Gc'yi üretme kabiliyetimiz olmasa da, vücudumuz hala kırmızı et yiyerek elde edersek, onu hücrelerimizdeki glikanlara dahil etme kabiliyetine sahiptir. Hücrelerimizin glikan katının bir parçası olduğunda, hücrelerimiz onları çevreleyen “yabancı” bir maddeye sahiptir - Neu5Gc. Bu, vücudumuzdaki iltihaplanmayı tetikleyebilir, çünkü bağışıklık sistemimiz Neu5Gc'yi “yabancı” olarak tanır ve ona saldırır. Bu iç saldırıların neden olduğu kronik iltihap kalp krizi, felç ve hatta kansere yol açabilir.

Vücudumuz, genellikle basit şeker yapı taşlarından oluşan dallanma yapılarıyla, on binlerce eşsiz glikanı sentezler. Proteinler veya yağlar düzinelerce benzersiz glikan ile de değiştirilebilir. Bu sayısız kombinasyon, haritalama glikanlarını zorlaştırır, çünkü yüz binlerce glikan düzenini analiz etmek için pratik ve etkili bir yol gerekir.

Araştırma ekibimiz şimdi insan gliserini hızlı ve sağlam bir şekilde izlemek için yöntemler geliştirdi. Mühendislik ilerlemelerini ve numune işlemedeki gelişmeleri değerlendirerek, tekniğimiz bir kerede binlerce glikanı izleyebilir, bu da hücrelerdeki glikanları sağlıklı kontrollerden ve çeşitli hastalıkları olan hastalardan karakterize etmemizi sağlar. Amacımız, bu verileri klinisyenlerin tüm insan hastalıklarını teşhis etmesine ve tedavi etmesine yardımcı olacak öngörücü modeller geliştirmek için kullanmaktır. “Şeker Kodunu” açtıkça yeni bir tıbbi gelişme dalgasının olacağına inanıyoruz.

Jenny Wang, bu makalenin baş yazarıydı.

Bu makale, Esual Maverakis, Carlito Lebrilla ve Jenny Wang'ın Sohbeti üzerine yayımlandı. Orijinal makaleyi buradan okuyun.