Подсластить пилюлю: гликобиология в медицине

С развитием методов молекулярной биологии некогда игнорируемые углеводные модификации белков наконец-то получили свое правомерное место в пантеоне биологических макромолекул и заслуженное внимание со стороны исследователей. И спустя 30–40 лет оказалось, что гликобиология имеет огромнейший потенциал не только в фундаментальной биологии, но и, разумеется, в биомедицине. Более того, многие уже широко использующиеся лекарства содержат углеводы в своем составе, а значит впереди не только разработка новых, но и улучшение старых терапевтических агентов.

В этой статье спецпроекта о гликобиологии мы постарались суммировать все достижения современной медицины, так или иначе связанные с достижениями гликобиологии или гликохимии. Разумеется, сюда невозможно вместить их все: например, роль углеводных антигенов в трансплантологии, терапию наследственных нарушений гликозилирования и подробный рассказ о роли гликанов в неонкологических заболеваниях пришлось оставить за бортом. Однако то, что поместилось, — неплохой первый нырок во всё многообразие применений углеводов на сегодняшний день и (надеемся!) в скорейшем будущем.

Biopharmaceuticals — правильно гликозилированные белки как терапевтические агенты

Как можно убедиться из предыдущей статьи [1] спецпроекта, хорошее гликозилирование — залог правильно и долго работающих иммуноглобулинов, а вместе с тем эффективной иммунотерапии. Но не антителами едиными: существует целый ряд (больше сотни наименований!) разнообразных гликопротеинов, используемых в медицине, и для их желаемого эффекта на организм тоже важны правильные углеводные модификации. Из широко известных и повсеместно используемых биотерапевтических гликопротеинов можно вспомнить интерфероныантитромбинэритропоэтин. Правильно подобранные гликомодификаторы способны улучшить стабильность белкового препарата в пробирке: снизить вероятность окисления и деамидации аминокислот, денатурации при нагреве/охлаждении, преципитации и агрегации. Стабильность не менее важна и при попадании в организм, так как все белковые препараты подвержены специфической деградации, либо неспецифическому клиренсу  с помощью протеаз. То, как и насколько быстро это случится, определит длительность присутствия и работы белка в организме или же токсичность его производных [2]. Например, эритропоэтин — небольшой белок с четырьмя сайтами гликозилирования в составе. Чем больше его антенн-гликанов содержат сиаловые кислоты и чем больше число этих антенн самих по себе, тем медленнее он выводится из организма (и этого эффекта можно добиться путем гликоинженерии в клетках млекопитающих с помощью изменения интенсивности синтеза разных гликозилтрансфераз) [3].

Клиренс — очищение биологических жидкостей или тканей организма от вещества в процессе его биотрансформации, перераспределения в организме, а также выведения из него.

Но более ценно влияние гликозилирования непосредственно на терапевтические эффекты биопрепарата. Так, эритропоэтин без сиаловых кислот проявляет определенные нейропротекторные свойства [4].

Однако основная терапевтическая функция этого белкового гормона — усиление эритропоэза (кроветворения), — осуществляющаяся за счет спасения от гибели и быстрого распространения клеток-предшественников эритроцитов. Эти (и не только) физиологические процессы запускаются в ответ на связывание эритропоэтина с его рецептором EpoR. Как оказалось, оно тоже очень сильно зависит от гликопрофиля гормона. Увеличение количества сиаловых кислот на гликанах эритропоэтина замедляет его связывание с рецептором, в то же время отсутствие гликозирования вовсе приводит к (внезапно!) ускорению связывания [3]. Это исследование было проведено почти 20 лет назад, и с тех пор измерение содержания сиаловых кислот на молекулу вошло в стандартную практику характеристики биотерапевтического препарата (и до сих пор используется для всех биотерапевтических агентов).

Однако 10 лет спустя, ученые стали сомневаться в том, что только сиалирование всему виной. Оказалось, что биологические эффекты (взаимодействие с рецептором) связаны также со степенью ветвления гликанов, их моносахаридным составом и тем, на каком сайте гликозилирования они находятся [5].

Подобные находки стали появляться при изучении многих биотерапевтических белков, тем самым требуя углубить анализ гликопрофиля и сделать препараты более безопасными и эффективными.

«БиоХимМак»

ЗАО «БиоХимМак» — спонсор спецпроекта по гликобиологии

Анализ N-гликанов
Анализ N-гликанов: от высокоскоростного скрининга до углубленного научного исследованияиллюстрация автора статьи

«БиоХимМак» — официальный дистрибьютер компании Agilent, поставляющий инструменты и реагенты для высокоскоростного анализа гликозилирования белков. Эти технологии могут успешно применяться как для решения исследовательских задач, так и для рутинного контроля качества биотерапевтических препаратов на технологическом производстве. Гликозилирование — это критическая характеристика качества и свойств гликопротеинов (например, терапевтических антител, гликоконъюгатов). Важно как поддерживать стабильность гликомодификаций биопрепарата в производстве, так и обеспечить соответствие гликопрофиля разрабатываемого биосимиляра оригинальному патентному продукту.

«БиоХимМак» предлагает широкий спектр продуктов для всех этапов анализа свободных гликанов:

  • Пробоподготовка N-гликанов c Agilent:
    • Система ультрабыстрой пробоподготовки Gly-x: моментальная реакция дегликозилирования и мечение флуоресцентными красителями нового поколения InstantDyes (InstantPC и InstantAB) — весь протокол занимает менее часа.
    • Ускоренная система пробоподготовки GlykoPrep: дегликозилирование и дериватизация InstantDyes метками занимает около трех часов.
    • Традиционные реагенты для протоколов: экзо- и эндогликозидазы, метки 2-AB и APTS: время протокола — 1,5 дня (ночная инкубация).
    • Все компоненты наборов пробоподготовки комбинируются между собой для нахождения подходящей вам комбинации скорости и цены анализа.
    • Автоматизация протокола с помощью робота Agilent AssayMAP Bravo Liquid Handling: сокращение трудозатрат и вероятности ошибок повышает воспроизводимость анализа.
  • Стандарты и библиотеки гликанов — референсный якорь для стабильного и контролируемого результата анализа при каждом запуске протокола.
  • Gly-Q™ System — новая система для анализа и характеристики гликанов методом капиллярного электрофореза. Компактная, но полностью самодостаточная и неприхотливая машина способна анализировать 96 образцов за один полностью автоматизированный запуск. На разделение одного образца уходит всего 2 минуты.

Материал предоставлен партнёром — компанией «БиоХимМак»

Источник: https://biomolecula.ru/articles/podslastit-piliuliu-glikobiologiia-v-meditsine