Koristeći razrađeni sustav za slijeđenje, koji su razvili kako bi istražili kako stanice upravljaju vlastitom podjelom, znansvenici s Johns Hopkinsa otkrili su da su zajednički, ali teško vidljivi šećerni prekidači dijelom pod kontrolom. Budući da su ovi prethodno neprepoznatljivi šećerni prekidači toliko obilni i potencijalna meta manipulacije za lijekove, otkrivanje njihove uloge ima implikacije za nove tretmane brojnih bolesti, uključujući rak, kažu znanstvenici.
U siječanjskom broju Science Signalinga, tim je izvjestio da su napori usmjereni na mehanizam koji omogućava ljudskoj stanici da se podijeli u dvije, kompliciran biokemijski stroj koji uključuje stotine proteina. Konvencionalna mudrost bila je da posao okretanja tih proteina u uključeno i isključeno – prema tome, određivanje ako, kako i kada se stanica dijeli – padne na fosfate, kemijske spojeve koji sadrže element fosfor. On se vezuje i odvezuje od proteina u procesu nazvanom fosforilacija.
Umjesto toga, znanstvenici s Johns Hopkinsa kažu da postoji drugi način regulacije, preko procesa modifikacije proteina baziranog na šećerima, pod nazivom O-GlcNAcylation. “Ovaj sistem temeljen na šećerima izgleda kao utjecajan i sveprisutan put signalizacije u razdiobi stanica, kao i njegova kopija fosfat. Dapače, čak i igra ulogu u reguliranju same fosforilacije “, kaže Chad Slawson, doktorant, autor časopisa i znanstveni suradnik u Zavodu za biološku kemiju sveučilišne škole medicine Johns Hopkins.
Budući da molekula šećera ima neke neispitane kvalitete – ona je mala, lako se mijenja, i bez električnog je naboja – gotovo je neprimjetna istraživačima uobičajenih fizikalnih tehnika detekcije, poput masene sprektrometrije.
Sumnjajući da šećer poznat kao O-GlcNAc može igrati ulogu u staničnoj diobi, tim s Hopkinsa osmislio je shemu mapiranja proteina uporabom novih metoda masene spektrometrije. U suštini, oni primjenjuju kombinacije kemijskih modifikacija i obogaćivanih metoda, kao i novih metoda fragmentacije na proteine koji obuhvaćaju mehanizam diobe stanica. Na taj način pokušavaju shvatiti i analizirati njihov molekularni sastav, identificirajući više od 150 mjesta na kojima se vezivala molekula šećera poznata kao O-GlcNAc . Fosfati su pronađeni kao vezani na više od 300 lokacija.
Uočili su i da je O-GlcNAc, kada je bila smještena u blizini fosfatne strane ili na istom mjestu, spriječila vezanje fosfata. Proteini uključeni u stanične diobe nisu fosforilizirani i aktivirani sve dok se O-GlcNAc nije odvojio.
“Razmišljam o fosforilaciji kao mikroprekidaču koji regulira strujne krugove staničnih podjela, te o O-GlcNAcylationu kao sigurnosnom prekidaču koji regulira mikro prekidače”, kaže Gerald Hart, doktorant, profesor na DeLamaru i direktor biološke kemije sveučilišne škole medicine Johns Hopkins.
Koristeći standardne ljudske stanične linije (HeLa stanice), znanstvenici su anomalije otkrili na način da su poremetili proces stanične diobe dodavanjem dodatnih O-GlcNAca. Iako se kromosom stanice koji sadrži jezgre podijelio normalno, same stanice se nisu podijelile. To je rezultiralo s previše jezgri po stanici – stanje poznato kao poliploidija kojoj su izložene mnoge stanice raka. Istraživači nisu samo mapirali O-GlcNAc i fosforilacijska mjesta, nego su isto tako mjerili promjene u mehanizmima stanične diobe. To su učinili jer, kaže Hart, kemijske promjene djeluju više kao prekidači “zamagljenja”, nego jednostavno uključivanje i isključivanje.
Kao otkriće jednako je važno i dublje razumijevanje stanične diobe, kaže Hart. Ovaj opsežni unakrsni razgovor između O-GlcNAc i fosforilacije je pomicanje paradigme u smislu signaliziranja. Signalizacija je način kako stanica percipira svoju okolinu, te kako regulira svoj mehanizam kao odgovor na podražaje. Novi šećerni prekidači otkrivaju da su stanični strujni krugovi mnogo složeniji nego što se prije mislilo, dodaje on.
