Sviluppata una nuova sonda fluorogenica che può essere utilizzata per rilevare e studiare le interazioni tra due famiglie di biomolecole essenziali per la vita: zuccheri e proteine
Le scoperte del professor Samy Cecioni (1), con la collaborazione degli scienziati dell'Université de Montréal’s Department of Chemistry, che aprono la strada a un'ampia gamma di applicazioni, sono state pubblicate sulla prestigiosa rivista europea Angewandte Chemie (2).
Trovato in tutte le cellule viventi
Lo zucchero è onnipresente nella nostra vita, presente in quasi tutti gli alimenti che mangiamo. Ma l’importanza di questi carboidrati semplici va ben oltre i gustosi dessert. Gli zuccheri sono vitali praticamente per tutti i processi biologici negli organismi viventi ed esiste una grande diversità di molecole di zucchero presenti in natura.
Il dottor Samy Cecioni spiega: «Tutte le cellule che compongono gli organismi viventi sono ricoperte da uno strato di molecole a base di zucchero conosciute come glicani. Gli zuccheri sono quindi in prima linea in quasi tutti i processi fisiologici e svolgono un ruolo fondamentale nel mantenimento della salute e nella prevenzione delle malattie. Per molto tempo, gli scienziati hanno creduto che gli zuccheri complessi presenti sulla superficie delle cellule fossero semplicemente decorativi. Ma ora sappiamo che questi zuccheri interagiscono con molti altri tipi di molecole, in particolare con le lectine, una grande famiglia di proteine».
Le malattie alla guida, dall’influenza al cancro
Come gli zuccheri, le lectine si trovano in tutti gli organismi viventi. Queste proteine hanno la capacità unica di riconoscere e attaccarsi temporaneamente agli zuccheri. Tali interazioni si verificano in molti processi biologici, come durante la risposta immunitaria innescata da un’infezione.
Le lectine stanno attirando molta attenzione in questi giorni. Questo perché gli scienziati hanno scoperto che il fenomeno dell’ “adesione” delle lectine agli zuccheri gioca un ruolo chiave nella comparsa di numerose malattie.
«Più studiamo le interazioni tra zuccheri e lectine, più ci rendiamo conto di quanto siano importanti nei processi patologici», ha affermato Cecioni. «Gli studi hanno dimostrato come tali interazioni siano coinvolte nella colonizzazione dei batteri nei nostri polmoni, nei virus che invadono le nostre cellule e persino nelle cellule tumorali che ingannano il nostro sistema immunitario facendogli credere che siano cellule sane».
Difficile da rilevare... fino ad ora
Ci sono ancora molti pezzi mancanti nel puzzle su come si svolgono le interazioni tra zuccheri e lectine perché sono così difficili da studiare. Questo perché queste interazioni sono transitorie e deboli, rendendo il rilevamento una vera sfida.
Due degli studenti del professor Cecioni, la candidata al master Cécile Bousch e il Ph.D. il candidato Brandon Vreulz, hanno avuto l'idea di utilizzare la luce per rilevare queste interazioni. I tre ricercatori si sono messi al lavoro per creare una sorta di sonda chimica capace di “congelare” l'incontro tra zucchero e lectina e renderlo visibile attraverso la fluorescenza.
L’interazione tra zucchero e lectina può essere descritta utilizzando una relazione “serratura e chiave”, dove la “chiave” è lo zucchero e la “serratura” è la lectina. I chimici hanno già creato molecole in grado di bloccare questa interazione “serratura e chiave”, e ora possono identificare esattamente quali zuccheri si legano alle lectine di grande interesse per la salute umana.
«La nostra idea era quella di etichettare le molecole di zucchero con un cromoforo, una sostanza chimica che dà il colore alla molecola», ha spiegato Cecioni. «Il cromoforo è in realtà fluorogenico, il che significa che può diventare fluorescente se il legame dello zucchero con la lectina viene catturato in modo efficiente. Gli scienziati possono quindi studiare i meccanismi alla base di queste interazioni e i disturbi che possono verificarsi».
Il professore e i suoi studenti sono fiduciosi che la loro tecnica possa essere utilizzata con altri tipi di molecole. Potrebbe anche essere possibile controllare il colore delle nuove sonde etichettate in modo fluorescente che vengono create.
Rendendo possibile visualizzare le interazioni tra le molecole, questa scoperta offre ai ricercatori un nuovo prezioso strumento per studiare le interazioni biologiche, molte delle quali sono fondamentali per la salute umana.
Il finanziamento di questo studio è stato fornito dal NSERC, dal Fonds de recherche du Québec e dalla Canada Foundation for Innovation.
Reclutato dal Dipartimento di Chimica dell'UdeM nel 2019, Samy Cecioni è un giovane ricercatore specializzato nei campi emergenti della chimica biologica e della glicomica. Ha ricevuto una medaglia per l'eccellenza nella ricerca 2021 dalla Facoltà di Arti e Scienze dell'UdeM.
«Il nostro laboratorio sviluppa nuovi strumenti progettati per accelerare le scoperte nel campo della glicoscienza», ha affermato Cecioni. «Gli scienziati a volte descrivono le molecole modificate dagli zuccheri come la materia oscura della biologia perché sono difficili da rilevare. Ma stiamo facendo luce su queste interazioni adottando approcci multidisciplinari all’intersezione tra chimica e biologia, il tutto con l’obiettivo di realizzare progressi significativi nella salute umana».
Riferimenti:
Descrizione foto: «La nostra idea era quella di etichettare le molecole di zucchero con un cromoforo, una sostanza chimica che dà il colore alla molecola», ha spiegato Cecioni. «Il cromoforo è in realtà fluorogenico, il che significa che può diventare fluorescente se il legame dello zucchero con la lectina viene catturato in modo efficiente». - Credit: Cecioni Lab.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Shedding new light on sugars, the “dark matter” of cellular biology