Учёные модифицировали фермент для изучения болезней через сахарные узоры на клетках

Иллюстрация свиного фермента ST3Gal1 (зелёный), связанного с сахарным лигандом (жёлтые палочки). Границы связывания содержат поверхности зелёного (углерод), красного (кислород) и синего (азот) цветов. Автор: Университет Буффало.

Сахарные молекулы, известные как гликаны, образуют плотные оболочки вокруг клеток. Однако их часто игнорируют в биологических исследованиях, потому что, в отличие от ДНК, белков и других клеточных компонентов, для их изучения не хватает инструментов. Новая технология, представленная учёными из Университета Буффало в исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, призвана устранить этот пробел.

Инструмент основан на свином ферменте ST3Gal1, который учёные «перепрограммировали» так, чтобы он связывался с гликанами, а не строил их. Этот новый гликан-связывающий фермент, названный sCore2, может помочь анализировать и лечить болезни через сахарные узоры на поверхности клеток.

«В естественном состоянии ST3Gal1 играет ключевую роль в построении гликанов. Но после нашей модификации в виде sCore2 он становится сахар-связывающим белком, который действует как молекулярный прожектор», — объясняет ведущий автор исследования Шрирам Ниламегам, доктор философии, выдающийся профессор кафедры химической и биологической инженерии.

Он подчёркивает, что гликаны сложно обнаружить из-за их структурной сложности и слабого иммунного ответа. Однако они играют важную роль в межклеточной коммуникации, особенно при заболеваниях. Новый инструмент позволяет детально изучать гликаны, что может улучшить диагностику и лечение болезней.

Метод изменения функции ферментов с «строительства» сахаров на их связывание может быть применён и к другим генам человека, а также к другим классам ферментов.

Исследователи внесли мутацию H302A в ST3Gal1, что отключило его основную функцию и наделило способностью связываться с определённым типом гликанов. Дополнительные улучшения, включая технологию поверхностного отображения на млекопитающих, повысили эффективность sCore2.

Учёные протестировали инструмент на клетках крови и тканей человека. Оказалось, что определённые гликаны чаще встречаются на зрелых иммунных клетках и в некоторых раковых тканях, особенно при раке груди. Также были обнаружены ранее неизвестные сахарные узоры в селезёнке, поджелудочной железе и других органах.

Результаты показывают, что эти гликаны могут служить биомаркерами для выявления рака, изменений иммунных клеток и других патологий. Это открывает путь к созданию библиотеки подобных инструментов для диагностики и лечения заболеваний.

«Результаты очень многообещающие», — отмечает Ниламегам, добавляя, что команда уже работает над дальнейшими исследованиями.

Учёные подали предварительную заявку на патент, связанный с составом sCore2 и методами его создания.

Дополнительная информация: Ryoma Hombu et al, Engineering glycosyltransferases into glycan binding proteins using a mammalian surface display platform, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62018-z

Источник: University at Buffalo