Ученые впервые научились отслеживать ключевых клеточных «посланников» — протеогликанов

На иллюстрации показан модифицированный фермент: аминокислота Leu526 заменена на меньшую, что позволяет ему принимать модифицированный сахар. Автор: Nature Chemical Biology (2026). DOI: 10.1038/s41589-025-02113-w

Сложные сахаро-белковые молекулы, которые воспринимают внешние сигналы, помогая клетке расти или реагировать на окружающую среду, теперь можно отслеживать и анализировать с помощью химической техники, отмеченной Нобелевской премией.

Самые важные «разговоры» клетки происходят на её поверхности — интерфейсе, где принимаются и обрабатываются биологические сообщения. Контролируют, какие сигналы проходят и насколько громко они «звучат», покрытые сахарами сенсоры под названием протеогликаны.

Состоящие из белкового ядра и длинных сахарных цепей, эти крупные сигнальные молекулы находятся на поверхности клетки или в межклеточном пространстве. Они связываются с факторами роста или химическими веществами, борющимися с инфекциями, позволяя клеткам реагировать на изменения среды.

Несмотря на очевидную важность протеогликанов, их уникальная структура делает их сложными для анализа традиционными методами, такими как масс-спектрометрия, которая идентифицирует и измеряет белки. Химический биолог Бен Шуман поставил перед собой задачу это изменить.

Протеогликаны жизненно важны для роста большинства наших органов — изменения в этих молекулах смертельны для развивающихся эмбрионов. Хотя исследования идентифицировали около сотни таких молекул в человеческих клетках, их, вероятно, гораздо больше. Сейчас процесс идентификации даже одного протеогликана, определения его структуры и функции — громоздкий. Я хотел попытаться его оптимизировать.

Заполняя пробелы: мечение протеогликанов

В исследовании, опубликованном в Nature Chemical Biology, команда Шумана из Института Фрэнсиса Крика и Имперского колледжа Лондона под руководством Чжэнь Ли и Химанши Чавлы разработала метод характеристики и отслеживания протеогликанов с помощью «клик-химии», которая предполагает необратимое соединение молекул.

Вместо того чтобы фокусироваться на всей молекуле протеогликана, мы нацелились на один из этапов её создания. Используя технику инженерии «выступ-и-дырка», где мы модифицируем «дырку» в ферменте и «выступ» в сахаре, мы изменили фермент, который склеивает сахар и белок в протеогликан, так что он стал принимать модифицированную версию сахара.

Ключевым моментом является то, что этот модифицированный сахар содержит химическую метку, которую можно отследить с помощью клик-химии. Например, ученые могут присоединить флуоресцентную молекулу, чтобы «увидеть» её с помощью визуализации, или молекулу, действующую как якорь, чтобы изолировать и изучить её. Фермент добавляет модифицированный сахар к белку, создавая меченый протеогликан, поведение которого теперь можно изучать.

Эта техника позволила нам заполнить пробелы. Модифицированные фермент и сахар были успешно включены в нормальные клеточные процессы млекопитающих, что показывает, что метод не меняет их биологию.

Следующие шаги: отслеживание протеогликанов

Теперь, когда протеогликаны можно легче отслеживать, Шуман видит мир возможностей.

Исследователи могут метить эти молекулы в разных контекстах, чтобы увидеть, что они делают, например, при развитии органов. Мы также могли бы изменить функцию протеогликана, заменив сахарную цепь на другую биологическую или синтетическую молекулу, создавая так называемые «дизайнерские протеогликаны».

Шуман теперь берет этот химический инструментарий с собой в Дрезденский технический университет (Германия), где планирует исследовать, как протеогликаны помогают тканям развиваться в сложные органы.

Он также считает, что эта методика перспективна для борьбы с опухолями.

Я надеюсь, что эта система отслеживания поможет нам понять и даже изменить то, какие сигналы воспринимает раковая клетка, возможно, путем внедрения дизайнерского протеогликана, который не может реагировать на обычные факторы роста рака. Это однажды может помочь нам найти более эффективные методы лечения.

Источник: The Francis Crick Institute