Ny artikkel undersøker hvordan kompleksiteten til glykanstrukturer -lenke, peker på intelligent design
Av Jonathan McLatchie, 26. februar 2025. Oversatt herfra

En ny fagfellevurdert artikkel -lenke,publisert av karbohydratforsker Russell Carlson ved University of Georgia har blitt publisert i tidsskriftet BioCosmos, som forklarer det høye informasjonsinnholdet og kompleksiteten til glykaner, og hvorfor dette best forklares ut fra hypotesen om intelligent design, snarere enn ikke-styrte evolusjonære prosesser. (1)
Faktisk er det strukturelle mangfoldet som vises av glykaner enormt - på grunn av variasjoner i sammensetningen av monosakkarider, koblingsposisjoner, anomere konfigurasjoner (dvs. arrangementet av atomer rundt det anomeriske karbonet -lenke) og forgreningsmønstre. Glykomønstre varierer på tvers av ulike celletyper og utviklingsstadier.

Bilde 1. Bilde av glykan-struktur

Kompleksiteten til glykanstrukturer
Glykaner forbedrer den funksjonelle og strukturelle kompleksiteten til proteiner betydelig. Mange posttranslasjonelle modifikasjoner av proteiner involverer glykanvedlegg. Det er omtrent 3000 glykaner som kan feste seg til proteiner. Carlson beregner at hvis et protein bare har tre glykosyleringsseter (mange proteiner har mange flere enn dette), som hver "kan glykosyleres av en av tre forskjellige glykanstrukturer ... og proteinet kan ha ett, to eller alle tre seter okkupert av en glukan," ville det potensielle antallet glykoformer være 63. Hvis vi øker antallet som kan glykosylere stedet fra tre til 3000, øker antallet mulige glykoformer for proteinet til mer enn 27 milliarder. Denne potensielle kompleksiteten er selvfølgelig langt større for proteiner med flere glykosyleringssteder enn de tre antatt i denne beregningen.

Å skrive og lese glykanstrukturer
Carlson diskuterer også hvordan glykanstrukturer 'skrives' og 'leses'. Prosessen med å feste glykaner til proteiner utføres av glykosyltransferaser, i tillegg til andre enzymer i det endoplasmatiske retikulum og Golgi-apparatet. N-koblet glykosylering finner sted ved asparagin (N)-rester i konsensussekvensen Asn-X-Ser/Thr (hvor X er en hvilken som helst annen aminosyre enn prolin). Prosessen starter i det endoplasmatiske retikulum, og innebærer overføring av et forhåndsmontert oligosakkarid til proteinet. Videre bearbeiding av glykanstrukturen skjer i Golgi-apparatet ved trimming og modifikasjon. O-koblet glykosylering, derimot, finner sted på serin- eller treoninrester, glykanet bygges ett sukker om gangen, vanligvis begynner med N-acetylgalaktosamin (GalNAc).

Hvordan 'leser' eller tolker celler glykanstrukturer? Nøkkelen til denne prosessen er glykanbindende proteiner. Lektiner gjenkjenner glykanmotiver og medierer celleadhesjon, signalering og immunrespons. Glykaner kan også modifiseres dynamisk av glykosidaser og glykosyltransferaser, slik at proteinfunksjonen kan endres over tid.

Bilde 2. Glykogen er et polysakkarid

Anerkjennelse av selvet
Carlson diskuterer også rollen til glykaner som markører for vevsidentitet. Han bemerker,
"I tillegg til deres rolle i å finjustere aktiviteten til individuelle proteiner, tjener glykaner på overflaten av cellene som markører for vevsidentitet; som determinanter av selvet vs. ikke-selvet, dvs. 'meg eller ikke meg'. Dette er selvfølgelig viktig for at en nyrecelle skal eksistere og fungere som en nyrecelle, en nervecelle skal fungere som en nervecelle og så videre. Det er også viktig for at immunsystemet skal gjenkjenne potensielle patogener, dvs. ikke-selv eller 'ikke meg'; og sette i gang en passende forsvarsrespons. Denne prosessen oppnås ved at celleoverflateglykaner danner vevsspesifikke mønstre for individuelle proteiner (vevsspesifikke glykotyper), så vel som et 'globalt' cellulært celletypemønster (et glykomønster) som består av kombinasjonen av glykotyper av celleoverflate-glykoproteiner, glykolipider og GAG-er."

Glykan strukturelle/funksjonelle mønstre bestemmes av regulatoriske nettverk
Carlson diskuterer også rollen til regulatoriske nettverk i å bestemme glykan strukturelle/funksjonelle mønstre. Som han forklarer, "De spesifikke mønstrene bestemmes av uttrykket av forskjellige glykogener til riktig tid og på riktig sted. Det vil si at det er den spatiotemporale reguleringen av GT-ene og GH-ene, etc., som til slutt dikterer glykomønstrene."

Videre:
"Transkripsjonell regulering av glykogenekspresjon oppnås av GenRegulerende Nettverk (GRN). Disse nettverkene er sammensatt av TranskripsjonsFaktorer (TF-er) som fungerer sammen med ikke-proteinkodende regioner i DNAet kalt Cis-Regulatoriske Moduler (CRM), og disse nettverkene kan samhandle med hverandre for å danne interaktomer som dikterer de dynamiske og presise glykanstrukturene som er nødvendige for utvikling. Utviklings-GenRegulerende Nettverk (uGRN) er de som bestemmer en organismes kroppsplan, og siden glykaner er avgjørende for vevsdannelse og funksjon, er det sannsynlig at glykosylGenRegulerende Nettverk (gGRN) er en del av uGRN-familien. Som vist i figur 10 involverer gGRN-er TF-faktorer som interagerer med CRM-er av forskjellige glykogener."

Bilde 3. dGRNer

Carlson diskuterer også hvordan "Glykanregulering også skjer på translasjonsnivå via virkningen av mikro RNA (miRNA) nettverk." Han bemerker:
"MiRNA undertrykker i stor grad translasjon av mRNA ved å fremme mRNA-nedbrytning eller ved å binde og forhindre translasjon; Nylig arbeid med to sialyltransferaser viste imidlertid også at miRNA også kan oppregulere deres aktivitet. Ett miRNA kan påvirke mRNA-transkriptene til flere glykogener, mens et annet miRNA kan påvirke transkripsjonene av et andre sett med glykogener, og disse to settene kan overlappe hverandre slik at flere, men ikke alle, glykogentranskripsjoner kan være felles for begge. I tillegg kan miRNA variere nivået som forskjellige glykogentranskripsjoner påvirkes på, og dermed ikke bare bestemme tilstedeværelsen eller fraværet av en GT, men også nivået av dens aktivitet. MiRNA-er kan også påvirke regulering på transkripsjonsnivå -lenke, ved å påvirke translasjonen av glykogen TF-mRNAer."
Han diskuterer også kort involveringen av epigenetiske faktorer i reguleringen av disse nettverkene - for eksempel ved å endre uttrykket av gener som koder for glykogentranskripsjonsfaktorer.

Implikasjoner for design
Kompleksiteten til glykanstrukturer øker åpenbart informasjonspotensialet til cellen betydelig, og dette har implikasjoner for plausibiliteten til et ikke-styrt søk som genererer disse komplekse og informasjonsrike mønstrene. Carlson tilbyr tre poeng å 'ta-med-hjem' fra sin anmeldelse:
1. "Carbohydratets strukturelle kompleksitet skyldes kjemien til sukker som tillater mange forgreningsmuligheter, og derfor kan et oligosakkarid danne mange flere mulige strukturer enn et oligopeptid eller oligonukleotid." Implikasjonen av dette er at "karbohydrater har mye mer potensiell informasjon enn enten proteiner eller nukleinsyrer."

Bilde 4. Tegn på (Intelligent) Design

2. "Den enorme potensielle strukturelle kompleksiteten til karbohydrater gir ell en stor grad av fleksibilitet til både å finjustere og øke funksjonsområdet til et proteins aktivitet ... og danne mønsteret til cellens glykokalyks som kreves for utvikling av en organisme, funksjon og vedlikehold av en celletype, samt å gjøre cellen i stand til å tilpasse seg endrede omgivelser."
3. Glykan-evolusjon er ganske kompleks - for eksempel, "mange GT-er [GlykosylTransferaser] involvert i protein N-glykosylering -lenke antas å være unike eukaryote innovasjoner, som andre har flere komponenter der bare det funksjonelle domenet til en komponent har likhet med et domene med lignende funksjon, i arkea eller bakterier."

I alle andre erfaringsområder forbinder vi vanligvis komplekse informasjonsrike systemer med intelligente årsaker. Stokastiske prosesser er ikke i stand til å generere slike systemer ved prøving og feiling, siden søkerommet er så stort at det tømmer de tilgjengelige sannsynlighetsressursene. Carlson antyder muligheten for at den beste forklaringen på disse informasjonsrike strukturene er en 'målrettet prosess' som involverer et 'organ' av sinn eller bevissthet som foreslått av talsmenn for intelligent design. Han konkluderer, "At bevisene til dGRN-er, som inkluderer de som er involvert i å produsere funksjonelle glykanstrukturer, støtter en målrettet, målorientert evolusjonsmekanisme på systemnivå, og at, gitt erfaring viser at slike prosesser alltid er et produkt av et sinn, er intelligent design en rimelig forklaring på deres opprinnelse.

Referanser -se slutten av orginalartikkelen.

Jonathan McLatchie

RESIDENT BIOLOG & stipendiat, SENTER FOR VITENSKAP OG KULTUR
Dr. Jonathan McLatchie har en bachelorgrad i rettsmedisinsk biologi fra University of Strathclyde, en mastergrad (M.Res) i evolusjonsbiologi fra University of Glasgow, en andre mastergrad i medisinsk og molekylær biovitenskap fra Newcastle University, og en doktorgrad i evolusjonsbiologi fra Newcastle University. Tidligere var Jonathan assisterende professor i biologi ved Sattler College i Boston, Massachusetts. Jonathan har blitt intervjuet på podcaster og radioprogrammer, inkludert "Unbelieveable?" på Premier Christian Radio og mange andre. Jonathan har snakket internasjonalt i Europa, Nord-Amerika, Sør-Afrika og Asia for å fremme beviset for design i naturen.

Oversettelse, via google oversetter, og bilder ved Asbjrøn E. Lund