Interaksjoner mellom galektiner og deres substrater

Abstract

Glykoforskning representerer et nytt og spennende forskningsfelt som handler om å forstå funksjonen og strukturen til glykaner, og det gir håp om spennende utvikling innen områder som medisin, energigenerering og materialteknologi. Glykaner er essensielle budbringere i eukaryote celler fordi de danner glykosyleringsmønstre på proteiner som er avgjørende for funksjonen deres. De spiller viktige roller i et bredt spekter av cellulære aktiviteter på grunn av deres evne til å lagre kompleks biologisk informasjon. Glykanbindende proteiner (GBPs) som galektiner tolker og translaterer data lagret av glykaner til passende responser. Nå som den genetiske koden er løst er den neste viktige milepælen i moderne medisin å knekke sukkerkoden ved å skissere struktur - funksjonsforholdet til disse komplekse molekylene. Å studere dem har lenge vært en utfordrende oppgave, men fremveksten av presise, allsidige verktøy som optiske pinsetter fasiliterer forskning innen dette nye fagfeltet.

Denne oppgaven er en fortsettelse av arbeidet initiert i masteroppgaven til Sylvi Oliva Kjær. Galektiner skaffet av Professor Hans-Joachim Gabius ble studert via metoder foreslått av Professor Marit Sletmoen. Interaksjonsevnene til ulike galektiner med glykoproteinet ASF ble studert ved å immobilisere dem på polystyrenkuler og kvantifisere deres intermolekylære bindingsevner med optiske pinsetter. Målet med studiet var å produsere data som kan fasilitere forskning som har det ultimate målet å knekke sukkerkoden. Resultatene som ble produsert i denne studien bekreftet av interaksjoner forekommer mellom ASF og henholdsvis Galektin-3 homodimer og Galektin-8N. Data viste at for Gal-3 homo - ASF-systemet lå bruddkrefter mellom 5.7 - 15.3 pN for kraftlastrater mellom 28 - 305 pN/s. Gal-8N - ASF-systemet hadde bruddkrefter mellom 5.9 - 21.7 pN for kraftlastrater mellom 46 - 210 pN/s. Eksisterende data om interaksjonene mellom Gal-3 villtypen (WT) og ASF ble inkludert for å muliggjøre sammenligninger. Gal-3 WT og Gal-3 homo inneholder identiske aktive seter, ulikt fra det i Gal-8. Sammenligninger av data på Galektin-3-systemene indikerer at villtypen har lavest bruddkrefter, som er konsistent med eksisterende teori som sier at det hovedsakelig finnes som monomerer i løsning. Gal-3 homo og Gal-8N har relativt like bruddkrefter. Videre tyder data på at interaksjonene mellom Gal-8N og ASF har kortest levetid, tett fulgt av begge Gal-3-systemene. Negative kontroller utført ved å studere polystyrenkuler uten galektiner eller ASF viste ingen ingen interaksjoner. Generelt tyder resultatene på at det aktive setet i Galektin-8 danner sterkere assosiasjoner med ASF enn det aktive setet i Galektin-3 gjør.

Glycoscience represents a new and exciting research field concerned with understanding the function and structure of glycans, and it promises exciting advancements within areas ranging from medicine to energy generation and materials science. Glycans are crucial messengers in eukaryotic cells because they help create glycosylation patterns on proteins that are essential for their function. They play roles in a broad spectrum of cellular activities due to their incredible ability to store complex biological information. Glycan binding proteins (GPBs) like galectins interpret and translate the data stored by glycans into accurate responses. Now that the genetic code is deciphered, the next important milestone in modern medicine is cracking the sugar code by delineating the structure - function relationship of these complex molecules. Studying them has long proved a challenging task, but the emergence of precise, versatile tools like optical tweezers is facilitating research on this new area of science.

This thesis is a continuation of the work initiated in the master thesis of Sylvi Oliva Kjær. Galectins provided by Professor Hans-Joachim Gabius were studied through methods suggested by Professor Marit Sletmoen. The interaction abilities of different galectins with the glycoprotein ASF were studied by immobilizing them on polystyrene beads and quantifying their inter-molecular binding forces with optical tweezers. The aim of the study was to produce data that can facilitate research to reach the ultimate goal of cracking the sugar code. The results obtained in this study confirmed that interactions do occur between ASF and Galectin-3 homodimer and Galectin-8N, respectively. The experimental data obtained as part of this master thesis showed that for the Gal-3 homo - ASF system, rupture forces were found to vary between 5.7 - 15.3 pN for loading rates between 28 - 305 pN/s. The Gal-8N - ASF system had rupture forces ranging from 5.9 - 21.7 pN for loading rates of 46 - 210 pN/s. Existing data on the interactions that occur between Gal-3 wild-type (WT) and ASF were included to allow for comparisons. Gal-3 WT and Gal-3 homo contain identical active seats, different from the one found in Gal-8. The comparisons of data on the Gal-3 systems indicate that the WT exhibits the lowest rupture forces, which is consistent with existing theory stating it is mostly found as monomers in solution. Gal-3 homo and Gal-8N exhibit relatively similar rupture forces. Furthermore, the interactions of Gal-8N with ASF are found to have the shortest lifetimes, closely followed by both Gal-3 systems. Negative controls performed by studying polystyrene beads without proteins displayed no interactions. Overall, the results imply that the active seat found in Gal-8 creates stronger associations with ASF than the active seat in Gal-3 does.