Deux articles récents du professeur James Sterling et Shenda Baker du Keck Graduate Institute (KGI), Président et COO chez Synedgen, décrire comment les ions interagissent avec les glycanes de la surface muqueuse pour assurer la santé.

L'importance des ions, ou électrolytes, en santé humaine est bien connue, mais le rôle exact que jouent ces ions en biologie est plus compliqué qu'on ne le pensait auparavant. Les sucres complexes appelés glycanes, qui recouvrent les surfaces des cellules et des muqueuses, sont parmi les molécules les plus chargées négativement en biologie. Dans notre nez, gorge, les yeux, poumons, et le tube digestif, ces surfaces jouent un rôle important dans la protection du corps contre l'invasion d'agents pathogènes et l'exposition à l'environnement.

L'article "Un modèle continu de muqueuse avec un appariement glycane-ion, " a été publié le 15 janvier dans la revue Théorie et simulations macromoléculaires .

"Le rôle de l'appariement d'ions à la surface des cellules a des implications importantes pour l'administration de médicaments, nous travaillons donc avec le professeur adjoint KGI Kiana Aran pour améliorer l'administration des médicaments par les muqueuses, " dit Sterling. " De même, l'interaction des toxines avec les cellules est à l'étude avec le professeur adjoint du KGI Mikhail Martchenko dans le cadre des travaux de son laboratoire sur les peptides formant des pores. »

Alors que les charges positives et négatives sont attirées l'une vers l'autre, deux ions différents (disons, sodium et potassium) de même charge n'interagissent pas de la même manière avec le même ion négatif, et la nature de ces différences est appelée lyotropie.

"Une implication clé de ces différences subtiles est que les glycanes interagissent de manière unique avec chaque type d'ion, " dit Sterling. " Des différences spécifiques dans la manière dont les ions s'apparient avec les contre-ions peuvent provoquer des changements importants à la fois dans le potentiel électrique et dans l'épaisseur de la couche protectrice sur les cellules qui empêchent la fixation et l'invasion des agents pathogènes. Une interaction complexe existe entre l'attraction et la répulsion lorsque les charges se déplacent en réponse les unes aux autres, à la fois positif et négatif. Étonnamment, les structures de surface peuvent être très différentes pour différents ions, même si le même nombre d'ions est présent."

Dans les surfaces muqueuses, comme le poumon, le mucus est composé de polyélectrolytes chargés négativement appelés mucines qui sont très sensibles aux changements d'ions. Chez les patients atteints de mucoviscidose, par exemple, le défaut génétique du gène CFTR réduit le transport des ions, ce qui rend le mucus épais et visqueux. Baker et Sterling décrivent comment l'épaisseur de la couche muqueuse et son potentiel électrique sont modifiés par des changements de type d'ions (carboxylates ou sulfates sur les mucines).

"La compréhension de la façon dont chaque type d'ion affecte la structure, Potentiel électrique, et le comportement des fluides des couches superficielles des voies aériennes dans le poumon a des implications directes pour la conception de cibles médicamenteuses qui influencent le comportement pulmonaire, " note Boulanger.

L'article envisage les interactions ioniques et les potentiels électriques dans une variété d'hydrogels et de surfaces cellulaires biologiquement importants, et incorpore des interactions ion-ion spécifiques pour chaque type de paire d'ions. Ce travail fait suite à une publication de 2017 des Drs. Baker et Sterling dans Communications scientifiques sur les colloïdes et les interfaces , intitulé "Equilibre électro-lyotrope et utilité des constantes de dissociation des paires d'ions, " établissant la faisabilité de ces modèles pour la détermination de la structure des biohydrogels .

Le professeur Sterling a également présenté des aspects de ce travail lors de la 13e retraite annuelle de recherche de KGI le 12 janvier. Sa présentation peut être consultée via le lien suivant :Partitioning and Pairing in Biology.