Eine wertvolle Quelle für fucosyliertes Heparansulfat

Glykosaminoglykane (GAGs), einschließlich Chondroitinsulfat (CS), Heparansulfat (HS), Heparin und Hyaluronan, sind lineare und saure Polysaccharide, die in der extrazellulären Matrix aller tierischen Gewebe vorkommen. GAGs werden häufig als funktionelle Inhaltsstoffe in Gesundheitsprodukten, Arzneimitteln und Kosmetika verwendet und aus biologischen Proben wie Haifischknorpel und Darmschleimhaut von Schweinen hergestellt. Folglich ist die Nachfrage nach neuen GAG-Quellen allgegenwärtig.

Beispielsweise war die Bezugsquelle des gerinnungshemmenden Mittels Heparin, das in China üblicherweise aus der Darmschleimhaut von Schweinen hergestellt wird, im Jahr 2018 durch die Afrikanische Schweinepest bedroht.

GAGs, die von wirbellosen Meerestieren – Tieren ohne Knochenskelett – wie Muscheln stammen, sind stark sulfatiert oder mit neutralen Zuckern verzweigt. Diese Modifikationen verbessern ihre Eigenschaften und ermöglichen ihnen die Ausübung verschiedener biologischer Aktivitäten. Tatsächlich wurden heparinähnliche Polysaccharide mit gerinnungshemmender Wirkung aus einigen Arten von Muscheln identifiziert.

Vor diesem Hintergrund hat eine Forschergruppe unter der Leitung von Dr. Kyohei Higashi, außerordentlicher Professor an der Fakultät für Pharmazeutische Wissenschaften der Tokyo University of Science (TUS), die Struktur und biologischen Aktivitäten von GAGs untersucht, die aus der Mitteldarmdrüse der Japaner stammen Jakobsmuschel, Patinopecten Yessoensis, eine Muschel.

Ihre Arbeit, verfügbar gemacht in Kohlenhydratpolymerewurde gemeinsam von Dr. Takeshi Wada und Dr. Kazuki Sato von der TUS und Dr. Shinji Miyata von der Universität für Landwirtschaft und Technologie Tokio verfasst.

Dr. Higashi erörtert kurz die Motivation hinter der vorliegenden Forschung. „Jakobsmuscheln gehören zu den beliebtesten Meereszutaten in Japan. Während ihre Adduktormuskulatur und ihr Mantel essbar sind, wird ihre Mitteldarmdrüse, ein potenzieller Cadmiumakkumulator, bei der Lebensmittelverarbeitung normalerweise als Abfall entsorgt. Sie kann jedoch eine vielversprechende, reichlich vorhandene Quelle für GAGs sein.“ , dessen Strukturen noch unerforscht sind.

In dieser Studie extrahierten die Forscher rohe GAGs aus der Mitteldarmdrüse der japanischen Jakobsmuschel, fraktionierten sie durch Anionenaustauschchromatographie und analysierten ihre Strukturen durch Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC), Protonen-Kernspinresonanz (1H-NMR) und Gas Chromatographie-Massenspektrometrie-Techniken (GC-MS). HPLC ergab, dass HS, das eine Resistenz gegen GAG-abbauende Enzyme wie Chondroitinasen und Heparinasen zeigte, das wichtigste in der Drüse vorhandene GAG ​​ist.

Seine Heparinasenresistenz nahm jedoch bei milder Säurehydrolyse ab, was auf das Vorhandensein der Fucosylgruppe (Fuc) hindeutet. 1H-NMR bestätigte dasselbe. Es wurden signifikante Signale erkannt, die dem H-6-Methylproton von Fuc entsprechen, und kleine Signale, die H-2 oder H-3 des in HS vorhandenen Glucuronats (GlcA) entsprechen, was zeigt, dass Fuc an die C-3-Position von GlcA gebunden ist.

Darüber hinaus wurden mittels GC-MS Peaks nachgewiesen, die 1, 3, 5-Tri-O-acetyl-2, 4-di-O-methyl-L-fucitol und 1, 4, 5-Tri-O-acetyl-2, 3 entsprechen -Di-O-methyl-L-fucitol, was Forscher zu dem Schluss kommen lässt, dass Fuc 3-O- oder 4-O-sulfatiert ist.

Schließlich hebt die Studie hervor, dass Fuc-HS biologische Aktivitäten wie Antikoagulation oder Blutgerinnselprävention sowie Neuriten – eine Projektion der Nervenzelle – zur Förderung des Wachstums zeigt.

„Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Mitteldarmdrüse von Jakobsmuscheln eine wertvolle Quelle für Fuc-HS mit neuartigen Funktionen ist. Eine detailliertere Untersuchung der Struktur und biologischen Aktivitäten von Fuc-HS könnte seine anderen möglichen Anwendungen aufdecken, ähnlich dem fucosylierten Chondroitinsulfat ( Fuc-CS), das antivirale, antidiabetische, antitumorale und immunmodulatorische Wirkungen zeigt“, betont Dr. Higashi.

Die Forscher erwarten, dass die vorliegende Studie dazu beitragen wird, die umfassende Analyse der Struktur und Funktionen natürlich vorkommender und biologisch aktiver GAGs aus ungenutzten Quellen zu erleichtern, was Hinweise für die Entwicklung von Glykosid-Medikamenten liefern könnte.