唾液酸化聚糖的化学标记和解析

发布时间：2024-02-28 20:08

　　细胞表面覆盖着一层被称为糖萼的聚糖,这些聚糖链最末端的单糖通常是唾液酸.唾液酸化聚糖参与调控各种重要的生理和病理过程.非天然糖代谢标记为在活细胞和活体水平对唾液酸化聚糖进行分析提供了一个有力方法.本文首先对非天然糖代谢标记和生物正交化学的发展历史和研究现状做简单的介绍.接着,结合本课题组相关工作,对非天然糖代谢技术在研究上皮-间充质转变、神经干细胞分化、心肌肥大等过程中的动态唾液酸化的研究进展进行介绍和讨论.为了拓展非天然糖代谢标记的应用,我们开发了蛋白质特异性聚糖成像、细胞及组织选择性聚糖标记、聚糖拉曼成像、新型非天然糖等工具.最后对唾液酸化聚糖的化学生物学研究前景进行了展望.

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【部分图文】：

图1唾液酸化聚糖的生物合成路径.(a)在细胞质中,ManNAc由UDP-GlcNAc转化而来,经过磷酸化、与PEP缩合、脱磷酸后生成Neu5Ac.Neu5Ac进入细胞核后,活化生成CMP-Neu5Ac.CMP-Neu5Ac被转运至高尔基体中发生唾液酸化反应,生成的唾液酸化蛋白被转运到细胞表面.(b)CMP-Neu5Gc在CMAH催化下由CMP-Neu5Ac转变而来.CMP-KDN的从头合成来自甘露糖[20]

唾液酸广泛地参与到受精[8]、骨骼发育[9]、神经连接[10]等过程中,而唾液酸合成和修饰的失调与癌症[5]、神经系统疾病[11,12]等重大疾病的发生与发展息息相关.Neu5Ac的合成发生于细胞质中(图1(a)).双功能酶GNE(尿苷二磷酸-N-乙酰氨基葡萄糖2-表位酶/N-乙....

图3唾液酸化的动态变化和调控.(a)利用Ac4ManNAz,对EMT过程中唾液酸的动态变化进行成像和组学分析[51].(b)原代神经干细胞分化过程中唾液酸化水平的标记和分析.研究发现Igsf8是原代神经前体细胞的细胞表面标志物[54].(c)大鼠心肌肥大过程中唾液酸化聚糖的动态变化观测[57].(d)蛋白特异性的唾液酸化聚糖成像.利用这一技术,研究了整合素αXβ2的唾液酸化修饰[58]

在糖基化相关基因突变导致的疾病中,时常能观察心脏功能异常的表型[55].此外,唾液酸化异常在心肌肥大中被观测到[56].心肌肥大是一种可能导致心衰的心脏适应性反应.唾液酸化在心肌肥大等心脏相关疾病中的功能,引起了科学家的兴趣.本课题组[57]利用非天然糖代谢标记,在大鼠心肌肥大模....

图4基于LABOR技术的细胞选择性和组织特异性聚糖标记.(a)LABOR技术的原理.包裹9AzSia的靶向脂质体通过受体介导的内吞进入内含体,并在溶酶体中裂解释放出9AzSia.溶酶体膜上的转运体将9AzSia转运至细胞质,从而实现细胞选择性聚糖标记[68].(b)叶酸受体(FR)高表达细胞的选择性标记[69].(c)同时选择性标记两种细胞的聚糖[68].(d)小鼠肿瘤组织聚糖的靶向性标记[65].(e)小鼠脑部唾液酸化聚糖标记[66]

尽管非天然糖代谢标记被广泛地用于研究糖基化过程,不具备细胞选择性是其局限性之一.非天然糖会被各种细胞所摄取,无法在多细胞体系和活体中,对特定细胞中的糖基化进行标记和研究.而细胞选择性标记的重要性,从基因编码的绿色荧光蛋白所实现的细胞选择性蛋白成像,可见一斑[63].为了解决这个问....

图5新型非天然唾液酸的开发及应用.(a)9AzNeu5Ac、9AzNeu5Gc和9AzKDN是对应3种唾液酸亚型的非天然唾液酸,实现了唾液酸亚型特异的生物正交标记[71].(b)双功能唾液酸9AzSiaNDAz和9AzSiaNAl,可分别用于唾液酸结合蛋白的鉴定和唾液酸化聚糖的双色成像[72].(c)含有生物正交脱除基团的非天然唾液酸Neu5Proc,可用于细胞表面唾液酸的化学调控[75].(d)SiaNAz、SiaNAl、SiaNCy和[D3]Sia是含有生物正交拉曼基团的非天然唾液酸,实现了聚糖的生物正交拉曼光谱检测和显微成像[76]

唾液酸和唾液酸结合蛋白的相互作用调控一系列重要的细胞表面识别过程[1].受限于糖和蛋白质相互作用力较弱等原因,唾液酸结合蛋白的捕捉和鉴定具有很大的挑战性.在含有一个生物正交反应基团的非天然唾液酸的基础上,本课题组[72]开发了含有生物正交反应基团和光交联基团的双功能非天然唾液酸,....

本文编号：3913958