Komplexa kolhydrater som receptorer vid infektion och inflammation

Kolhydratbärande proteiner kan klassificeras utifrån vilken typ av kolhydrater de bär på och hur dessa är kopplade till specifika aminosyror på proteinet. Traditionellt brukar man tala om N-glykoproteiner, som har kolhydraterna kopplade till aminosyran asparagin (Asn; N) placerad i en viss aminosyrasekvens och O-glykoproteiner som har kolhydraterna kopplade till aminosyrorna serin (Ser; S), threonin (Thr; T) eller tyrosin (Tyr; Y). För de tre senare finns ingen känd gemensam aminosyrasekvens definierad och till skillnad från kolhydraterna i gruppen av N-glykoproteiner är O bundna kolhydrater väldigt olika till sin uppbyggnad; de kan variera från enstaka socker till flera hundra placerade bredvid varandra (som i s.k muciner) eller i en lång kedja (som i s.k. proteoglykaner). Gränserna mellan dessa olika typer eller klasser av glykoproteiner håller nu på att suddas ut allteftersom teknikerna för deras strukturella karakterisering avancerar och man finner allt fler olika sorters modifieringar på samma protein och dessutom nya sorters modifieringar på tidigare kända proteiner.

Det som styr biosyntesen av dessa komplexa kolhydrater är ett hundratal olika enzymer och transportproteiner som samverkar på ett intrikat sätt framför allt i den s.k Golgi-apparaten, men också i endoplasmatiska retiklet och i cellernas cytoplasma. Här brukar man skilja på de igångsättande, de förlängande och modifierande samt slutligen de avslutande (kappande) enzymstegen. Medan de förra är mer unika för varje typ/klass av kolhydrater är de senare ofta gemensamma för flera typer av kolhydrater vilka kan ses såväl på olika N- och O-glykoproteiner som på olika lipider (s.k. glykolipider.) 

Vår forskning har under mycket lång tid varit inriktad på att studera interaktionerna mellan cellytans kolhydrater och sjukdomsframkallande bakterier och virus.  Således var vi först ut med att utveckla metoder för att in vitro bestämma specificiteten i olika mikroorganismers inbindning till komplexa kolhydrater på glykolipider, som vi själva hade renat fram och strukturbestämt med hjälp av mass spektrometri. På senare år har vi, tillsammans med Fredrik Hööks grupp på Chalmers, utvecklat dessa bindningsstudier för att, med QCM och TIRF-M teknik, studera dynamiken (affinitet och diffusion) i denna bindning till glykolipider i syntetiska membraner. På detta sätt har vi kartlagt ffa norovirus, som orsakar vinterkräksjukan, specifika bindning till tarmepitelets glykolipider. Vi står nu beredda att studera inbindning och upptag av detta och andra virus i odlade celler och följa detta i realtid.

Parallellt med dessa studier har vi utvecklat nya mass spektrometriska metoder för att strukturellt karakterisera glykoproteiners och på senare år ffa proteoglykanernas mycket komplicerade och långa kolhydratkedjor, de s.k glykosaminoglykanerna. I detta utvecklingsarbete har vi kunnat identifiera nya, tidigare okända proteoglykaner, hos människa men också hos mus, råtta, zebrafisk, rundmask och fluga, definiera exakt var på vilket protein de sitter bundna samt strukturen av kolhydratkedjorna närmast respektive protein. I flera modellsystem har vi också kunnat visa hur olika socker-modifieringar påverkar funktionen hos respektive protein. 

Vi avser nu att förena våra olika kompetensområden för att ffa studera olika membranförsedda virus (coronavirus, herpesvirus, influenzavirus mfl.) inbindning till proteoglykaner på cellytan, deras upptag i cellerna och mekanismerna kring hur virus´ arvsmassa frigörs genom s.k ”endosomal escape” för att kunna bilda nya virus i de infekterade cellerna. Särskilt fokus kommer vi lägga på SARS-CoV-2, som binder till receptorn ACE-2 men som också behöver heparan sulfat (en glykosaminoglykan) på värdcellens yta för att kunna binda starkare och effektivare tas upp i cellerna. De ytproteiner som produceras när nya viruspartiklar sedan bildas är ofta modifierade med komplexa kolhydrater som bär ett ”minne” av de värdceller de kommer från och eftersom dessa uppfattas som kroppsegna är detta ett sätt för virus att undkomma kroppens immunförsvar. Det är vårt mål att genom att förstå dessa mekanismer och identifiera de viktigaste komponenterna i denna intrikata växelverkan mellan virus och värdcellerna (infekterade celler och immunceller) kommer vi bättre kunna utveckla specifika blockerande läkemedel, antikroppar och vacciner mot de aktuella virussjukdomarna.