Измерение гликанов: вызовы и стандарты

Когда Лорна Де Леоз пригласила лаборатории принять участие в её исследовании по гликомике, она надеялась на 20 откликов. Вместо этого её завалили письмами со всего мира.

Де Леоз, на тот момент научный химик в Национальном институте стандартов и технологий (NIST), планировала исследование того, как фармацевтические и академические лаборатории измеряют гликаны — сложные углеводные молекулы, которые клетки используют для посттрансляционной модификации различных белков. Проект, описанный в статье этого месяца в Molecular & Cellular Proteomics, вырос до 76 участвующих лабораторий.

Такой поток откликов, в том числе от многих известных фармацевтических компаний, иллюстрирует заинтересованность отрасли в лучшем понимании гликозилирования белков. Растёт число лекарств, созданных на основе белков — чаще всего антител — и это является серьёзной переменной в их производстве.

Гликаны составляют не более 3% от массы лекарства на основе антител, но оказывают непропорционально большое влияние. Изменение гликозилирования от одной партии к другой может повлиять на связывание препарата с мишенью или вероятность его атаки иммунной системой пациента. Чтобы гарантировать, что пациенты получают самое безопасное и эффективное лекарство, исследователи должны уметь отслеживать статус гликозилирования антител.

Стивен Стайн, сотрудник центра масс-спектрометрии NIST, стал старшим автором исследования. «Гликозилирование — один из важнейших физико-химических аспектов биологии, — сказал он, — но и один из самых сложных для анализа».

Сложные и гетерогенные структуры гликанов затрудняют анализ. В отличие от макромолекул, таких как ДНК и белки, которые состоят из линейной цепи субъединиц, сахара могут связываться в нескольких местах, образуя разветвлённые цепи. Ситуацию усложняет то, что в то время как эти одноцепочечные макромолекулы обычно создаются по шаблону, гликаны формируются более свободно. Скопление ферментов, каждый из которых вносит своё характерное изменение, определяет их окончательную структуру.

Измерение гликозилирования белков — сложная задача, даже при наличии большого количества в остальном чистого белка. Исследователи разработали множество методов, и их результаты могут различаться. Здесь на помощь приходит NIST: институт занимается установлением общих стандартов измерений. Чтобы помочь учёным-гликомикам прояснить, что именно они измеряют, Де Леоз отправила каждой участвующей лаборатории образец одного и того же антитела — неудачного кандидата в лекарства. Упаковка образцов и заполнение десятков таможенных форм заняли почти месяц.

Среди участвующих лабораторий наблюдалось огромное разнообразие гликомических методик. Некоторые измерения, часто используемые в производстве, оптимизированы для определения точного количества одной или двух структур гликанов; другие, чаще используемые в академических кругах, лучше подходят для демонстрации широкого спектра присутствующих типов гликанов.

«Между самими лабораториями существует большая вариативность, — сказал Стайн. — Не было ни одного метода, который явно превосходил бы все остальные; у каждого есть свои преимущества и недостатки».

Исследователи использовали статистический подход, чтобы объединить измерения из разных лабораторий в список консенсусных оценок концентрации определённых гликановых композиций. Стайн заявил: «Часть, касающаяся гликозилирования, теперь охарактеризована настолько полно, насколько это возможно с помощью использованных различных методов».

NIST оставит на усмотрение научного сообщества решение о том, какой подход к измерениям имеет наибольший смысл. Главный редактор MCP Альма Бёрлингейм выразил надежду, что статья «укажет биофармацевтической отрасли и гликоаналитическому сообществу на настоятельную необходимость применения методологической строгости в популярной и важной области регулируемых FDA антител».