Alors que des avancées majeures ont été réalisées dans le domaine de la génomique, métabolomique, ou la recherche de protéines et de lipides, la glycosylation reste largement inexplorée à l'échelle du protéome. Il existe des technologies limitées pour le profilage du glycoprotéome complexe. Les glycoprotéines peuvent différer non seulement par le nombre et l'emplacement des glycosites, mais aussi par la composition et la structure de chaque glycane. La glycoprotéomique est « l'une des principales frontières des sciences de la vie, " déclare le responsable de l'étude Josef Penninger, MARYLAND, Directeur de l'IMBA.
Pour surmonter les limitations techniques qui ont bloqué le terrain, Le groupe de Penninger a développé des méthodes et des algorithmes de spectrométrie de masse qui permettent enfin à la fois l'identification complète des structures complexes de sucre et leur cartographie aux sites au sein des protéines correspondantes. Leur nouvelle plateforme de glycoprotéomique comparative est publiée dans le numéro actuel de La nature . Appelé SugarQb, pour la Biologie Quantitative du Sucre, leur approche permet une compréhension globale de la glycosylation des protéines et des modifications des glycanes dans les systèmes biologiques. Ils ont appliqué cette plate-forme à deux études de preuve de principe passionnantes :une analyse des glycoprotéomes des cellules souches embryonnaires, et l'identification des glycoprotéines nécessaires à la toxicité de la ricine.
En utilisant la nouvelle méthodologie SugarQb, les auteurs ont établi une première ébauche des glycoprotéomes des cellules souches embryonnaires murines et humaines. Leurs résultats ont presque doublé le nombre de toutes les glycoprotéines connues dans l'ensemble de la littérature. Ils ont également découvert plusieurs nouvelles protéines glycosylées, y compris les modifications de sucre conservées au cours de l'évolution ainsi que spécifiques à l'espèce dans les facteurs de pluripotence des cellules souches murines et humaines. La plupart des protéines glycosylées qu'ils ont découvertes se localisent dans la membrane plasmique et sont impliquées dans la signalisation de cellule à cellule, interactions cellulaires, ainsi que le développement embryonnaire.
La ricine est une toxine végétale hautement toxique et une arme biologique. La contrebande de ricine fait craindre qu'elle ne soit utilisée par des terroristes et des organisations terroristes. Plusieurs politiciens américains – dont le président Barack Obama – ont reçu des lettres contenant des traces de poison. Il n'y a actuellement aucun antidote pour l'exposition à la ricine - donc divers groupes, des compagnies pharmaceutiques aux militaires, sont intéressés à identifier des thérapies pour traiter ou prévenir la toxicité de la ricine. Le groupe de Penninger venait de découvrir que les cellules mutantes défectueuses pour la fucosylation, un type de glycosylation qui ajoute des sucres fucose, étaient résistants à la ricine. Cependant, les cibles fucosylées soutenant la toxicité de la ricine étaient inconnues.
En utilisant SugarQb, les premiers auteurs Jasmin Taubenschmid, Doctorant à l'IMBA, et chercheur en protéome Johannes Stadlmann, pouvaient désormais obtenir les glycoprotéomes de ces cellules résistantes à la ricine :les glycoprotéines altérées dans les cellules mutantes pourraient jouer un rôle dans leur résistance. En effet, l'équipe a découvert six nouveaux acteurs qui orchestrent la toxicité de la ricine. La perte de l'une de ces protéines a rendu les cellules humaines résistantes à la ricine, tout comme les cellules défectueuses pour la fucosylation. Leurs résultats suggèrent que la fucosylation de ces nouveaux acteurs est nécessaire pour la sensibilité à la ricine et fournissent de nombreuses nouvelles cibles thérapeutiques pour la découverte de médicaments.
SugarQb est disponible gratuitement pour tous les scientifiques. « Nous espérons que notre plateforme permettra aux équipes de recherche du monde entier de cartographier ce territoire inexploré en identifiant les structures des sucres et leurs positions sur les protéines correspondantes, " dit Johannes Stadlmann. " La glycosylation joue un rôle fondamental dans de nombreuses maladies, y compris le cancer -SugarQb permettra aux scientifiques de découvrir de nouveaux mécanismes en biologie et des stratégies de traitement de la maladie. Il pourrait également être utilisé par les cliniciens pour définir des signatures glycoprotéomiques aberrantes en tant que biomarqueurs de la maladie et pour suivre les réponses au traitement, " ajoute Josef Penninger, dernier auteur et directeur scientifique de l'IMBA.
