Structuur voldoet aan de functie: Glycocalyx geanalyseerd op moleculair niveau voor de eerste keer

De glycocalyx omringt elke cel in het menselijk lichaam als een jas. Deze complexe suikeraag speelt een sleutelrol bij de voortgang van talloze ziekten, zoals kanker en auto -immuunziekten.

Onderzoekers van het Max Planck Institute for the Science of Light (MPL) zijn voor het eerst geslaagd om individuele suikers in de Glycocalyx met moleculaire resolutie te beelden en hun ruimtelijke opstelling te koppelen aan hun biologische functie. De bevindingen, onlangs gepubliceerd in het dagboek Natuurnanotechnologieopen volledig nieuwe perspectieven voor het begrijpen van deze belangrijke celstructuur-met verreikende gevolgen voor diagnose en therapie.

De glycocalyx is de “deurwachter” van de cel: alles wat de cel nadert, interageert er eerst mee. In de afgelopen jaren is Glycocalyx steeds meer de focus geworden van biomedisch onderzoek, omdat het talloze processen beïnvloedt die verband houden met gezondheid en ziekte. Desalniettemin is het niet mogelijk geweest om zijn ruimtelijke organisatie te koppelen aan haar biologische functie, omdat het plaatsvindt op een schaal van slechts één nanometer, een maat die niet zichtbaar kon worden gemaakt met behulp van eerdere methoden.

Nu hebben wetenschappers bij MPL een doorbraak bereikt met behulp van een speciale microscopiemethode in combinatie met een bepaalde chemische etiketteringstechniek – individuele suikermoleculen kunnen worden gevisualiseerd in de glycocalyx op het celoppervlak.

Om dit te bereiken, combineerden de onderzoekers een speciale lokalisatiemicroscopiemethode (resolutieverbetering door sequentiële beeldvorming, Resi) met bioThogonal Chemistry waarin het metabolisme van de cel wordt gebruikt om specifieke markers te bevestigen om structuren te richten. Het onderzoek werd samengewerkt tussen de onderzoeksgroep van Leonhard Möckl en de Jungmann Research Group van het Max Planck Institute of Biochemistry in Martinsried.

De zeer nauwkeurige resolutie in het bereik van een enkele nanometer stelt wetenschappers niet alleen in om suikers te tellen en hun interacties te begrijpen, maar ook om hun opstelling en communicatie in de natuurlijke omgeving van de cel vast te leggen. Net als een kaart onthult dit de dichtheid van individuele suikers op verschillende locaties in de cel en hoe deze opstelling verandert in de loop van cellulaire gebeurtenissen.

“Dit resultaat is een langdurig doel voor mij”, zegt prof. Leonhard Möckl, hoofd van de MPL Research Group Physical Glycosciences. “Ik overwoog hoe ik de relatie tussen glycocalyx en cellen al tijdens mijn doctoraatsstudies kon begrijpen. Zelfs toen was ik ervan overtuigd dat het alleen kon werken als we begrepen hoe de glycocalyx op moleculair niveau is georganiseerd. Het feit dat we nu de organisatie van individuele suikers kunnen afbeelden, is een droom die uitkomt.”

De resultaten maken nu mogelijk dat functionele conclusies worden getrokken over cellulaire processen – zoals hoe genetische mutaties tijdens de ontwikkeling van kanker de glycocalyx veranderen – en nieuwe wegen openen voor klinische toepassingen in diagnostiek en therapie.