
Το μικροβίωμα του εντέρου
Επηρεαζει τη χημεία του εγκεφάλου μέσω αλλαγών πρωτεϊνών
με βάση τη ζάχαρη
Τα βακτηριδια του εντέρου επηρεάζουν τις πρωτεΐνες του εγκεφάλου, μεταβάλλοντας τη γλυκοζυλίωση, και αποκαλύπτοντας έναν μοριακό μηχανισμό στον εγκέφαλο του εντέρου.
Μια μελέτη αποκαλύπτει ότι τα βακτηριδια του εντέρου επηρεάζουν τροποποιήσεις πρωτεϊνών του εγκεφάλου , μέσω της γλυκοζυλίωσης.
Χρησιμοποιώντας μια νέα τεχνική που ονομάζεται DQ Glyco, οι ερευνητές εντόπισαν περισσότερες από 150.000 μορφές γλυκο ζυλιωμένης πρωτεΐνης, αποκαλύπτοντας πώς
τα μικρόβια του εντέρου αλλάζουν τις νευρικές λειτουργίες , ανοίγοντας νέους δρόμους για την κατανόηση των αλληλεπιδράσεων
εντέρου-εγκεφάλου.
Οι ερευνητές ανέπτυξαν το DQ Glyco, μια μέθοδο για τη μελέτη της γλυκοζυλίωσης σε υψηλή ανάλυση.
Τα βακτηριδια του εντέρου επηρεάζουν τις τροποποιήσεις των πρωτεϊνών του εγκεφάλου,
ιδιαίτερα στις νευρικές οδούς.
Η μελέτη συνδέει τη μικροχλωρίδα του εντέρου με τη λειτουργία του εγκεφάλου
Τα έντερά φιλοξενούν τρισεκατ βακτηριδια και η έρευνα των τελευταίων δεκαετιών έχει αποδείξει πόσο σημαντικά είναι για τη φυσιολογία την υγεία και τις ασθένειες .
Μια μελέτη της EMBL Heidelberg δείχνει ότι τα βακτηριδια του εντέρου επιφέρουν βαθιές μοριακές αλλαγές σ ένα από τα πιο κρίσιμα όργανά μας - τον εγκέφαλο.
Η νέα μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο Nature Structural and Molecular Biology,
είναι η πρώτη που δείχνει ότι τα βακτηριδια που ζουν στο έντερο επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο οι πρωτεΐνες στον εγκέφαλο τροποποιούνται από υδατάνθρακες - διαδικασία που ονομάζεται γλυκοζυλίωση.
Η μελέτη κατέστη δυνατή με μια νέα μέθοδο που ανέπτυξαν οι επιστήμονες - DQ Glyco - η οποία τους επιτρέπει να μελετούν τη γλυκοζυλίωση σε πολύ υψηλότερη κλίμακα και ανάλυση από προηγούμενες μελέτες.
Ένας νέος τρόπος μέτρησης της γλυκοζυλίωσης
Οι πρωτεΐνες είναι η κινητηρια δυναμη των κυττάρων μας και τα κύρια δομικά στοιχεία τους.
Τα σάκχαρα, ή υδατάνθρακες, τωρα, είναι οι κύριες πηγές ενέργειας του σώματος.
Ωστόσο, το κύτταρο χρησιμοποιεί σάκχαρα για να τροποποιήσει χημικά τις πρωτεΐνες, αλλάζοντας τις λειτουργίες τους.
Αυτό ονομάζεται γλυκοζυλίωση.
Η γλυκοζυλίωση επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο τα κύτταρα συνδέονται μεταξύ τους (προσκόλληση), πώς κινούνται (κινητικότητα) και ακόμη και πώς μιλάνε μεταξύ τους
Συμμετέχει στην παθογένεση πολλών ασθενειών,του καρκίνου και των νευρωνικών διαταραχών.
Ωστόσο, η γλυκοζυλίωση ήταν παραδοσιακά πολύ δύσκολο να μελετηθεί.
Μόνον ένα μικρό μέρος των πρωτεϊνών στο κύτταρο είναι γλυκοζυλιωμένο και η συγκέντρωση αρκετών από αυτές τις πρωτεϊνες σε ένα δείγμα για μελέτη
( εμπλουτισμός)
τείνει να είναι επίπονη, δαπανηρή και χρονοβόρα.
Μέχρι τωρα, δεν ήταν δυνατό να γίνουν τέτοιου ειδους μελέτες σε συστηματική κλίμακα, με ποσοτικό τρόπο και υψηλή αναπαραγωγιμότητα
Το DQ Glyco χρησιμοποιεί εύκολα διαθέσιμα και χαμηλού κόστους εργαστηριακά υλικά, όπως λειτουργικά σφαιρίδια πυριτίου, για να εμπλουτίσει επιλεκτικά γλυκοζυλιωμένες πρωτεΐνες από βιολογικά δείγματα, τα οποία στη συνέχεια μπορούν να εντοπιστούν και να μετρηθούν με ακρίβεια. Εφαρμόζοντας τη μέθοδο σε δείγματα εγκεφαλικού ιστού από ποντίκια, οι ερευνητές μπόρεσαν να αναγνωρίσουν περισσότερες από 150.000 γλυκοζυλιωμένες μορφές πρωτεϊνών (πρωτεομορφές), μια αύξηση πάνω από 25 φορές σε σύγκριση με προηγούμενες μελέτες.
Η ποσοτική φύση της νέας μεθόδου σημαίνει ότι οι ερευνητές μπορούν να συγκρίνουν και να μετρήσουν διαφορές μεταξύ δειγμάτων από διαφορετικούς ιστούς, κυτταρικές σειρές,και είδη .
Αυτό τους επιτρέπει να μελετήσουν το μοτίβο της «μικροτερογενείας» - φαινόμενο όπου το ίδιο μέρος μιας πρωτεΐνης μπορεί να τροποποιηθεί από (μερικές φορές εκατοντάδες) διαφορετικές ομάδες ζαχάρων.
Ένα από τα πιο κοινά παραδείγματα μικροετερογένειας είναι οι ομάδες αίματος του ανθρώπου, όπου η παρουσία διαφορετικών ομάδων ζαχάρου στις πρωτεΐνες στα ερυθρά αιμοσφαίρια καθορίζει τον τύπο αίματος (Α, Β, Ο και ΑΒ).
Αυτό παίζει σημαντικό ρόλο στον καθορισμό της επιτυχίας των μεταγγίσεων αίματος από το ένα άτομο στο άλλο.
Η νέα μέθοδος επέτρεψε στην ομάδα να εντοπίσει μια τέτοια μικρο ετερογένεια σε εκατοντάδες πρωτεϊνικές τοποθεσίες.
Από το έντερο στον εγκέφαλο
Δεδομένης της ακρίβειας και της ισχύος της μεθόδου, οι ερευνητές αποφάσισαν να τη χρησιμοποιήσουν για να αντιμετωπίσουν ένα εκκρεμές βιολογικό ερώτημα.
Σε συνεργασία με την ομάδα του Michael Zimmermann στο EMBL, στη συνέχεια εξέτασαν εάν :
το μικροβίωμα του εντέρου είχε κάποια επίδραση στις υπογραφές γλυκοζυλίωσης που είχαν παρατηρήσει στον εγκέφαλο.
Είναι γνωστό ότι το μικροβίωμα του εντέρου επηρεάζει τις νευρικές λειτουργίες, αλλά οι μοριακές λεπτομέρειες είναι σε μεγάλο βαθμό άγνωστες.
Η γλυκοζυλίωση εμπλέκεται σε πολλές διαδικασίες, όπως η νευροδιαβίβαση και η καθοδήγηση των αξόνων, οπότε θέλαμε να δοκιμάσουμε εάν αυτός ήταν ένας μηχανισμός με τον οποίο τα βακτηριδια του εντέρου επηρέαζαν τις μοριακές οδούς στον εγκέφαλο.
Είναι ενδιαφέρον ότι η ομάδα διαπίστωσε ότι σε σύγκριση με «ποντίκια χωρίς μικρόβια», δηλαδή ποντίκια που έχουν αναπτυχθεί σε αποστειρωμένο περιβάλλον τα ποντίκια που αποικίστηκαν με διαφορετικά βακτηριδια του εντέρου είχαν διαφορετικά μοτίβα γλυκοζυλίωσης στον εγκέφαλο.
Τα αλλαγμένα πρότυπα ήταν ιδιαίτερα εμφανή σε πρωτεΐνες που είναι γνωστό ότι είναι σημαντικές σε νευρικές λειτουργίες, όπως η γνωστική επεξεργασία και η ανάπτυξη των νευραξόνων.
Τα σύνολα δεδομένων της μελέτης είναι ανοιχτά διαθέσιμα μέσω μιας νέας ειδικής εφαρμογής για άλλους ερευνητές.
Επιπλέον, η ομάδα είναι επίσης περίεργη εάν τα δεδομένα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να ενημερώσουν προβλέψεις σχετικά με τοποθεσίες γλυκοζυλίωσης, ειδικά σε διαφορετικά είδη.
Για αυτό, έχουν χρησιμοποιήσει προσεγγίσεις μηχανικής μάθησης, όπως το AlphaFold - το εργαλείο που βασίζεται στην τεχνητή νοημοσύνη για την πρόβλεψη των πρωτεϊνικών δομών που αναγνωρίστηκε με το Νόμπελ Χημείας 2024.
Εκπαιδεύοντας τα μοντέλα σε δεδομένα ποντικιών, μπορούμε να αρχίσουμε να προβλέπουμε ποια θα μπορούσε να είναι η μεταβλητότητα των θέσεων γλυκοζυλίωσης στους ανθρώπους, για παράδειγμα
Θα μπορούσε να είναι πολύ χρήσιμο για τους ανθρώπους που μελετούν άλλους οργανισμούς να τους βοηθήσουν να αναγνωρίσουν τις θέσεις γλυκοζυλίωσης στις πρωτεΐνες που τους ενδιαφέρουν.
Οι ερευνητές εργάζονται για να εφαρμόσουν τη νέα μέθοδο για να απαντήσουν σε πιο θεμελιώδη βιολογικά ερωτήματα και να κατανοήσουν τον λειτουργικό ρόλο που παίζει η γλυκοζυλίωση στα κύτταρα.
Πηγη