細(xì)胞表面覆蓋著一層被稱為糖萼的聚糖,這些聚糖鏈最末端的單糖通常是唾液酸.唾液酸化聚糖參與調(diào)控各種重要的生理和病理過程.非天然糖代謝標(biāo)記為在活細(xì)胞和活體水平對唾液酸化聚糖進行分析提供了一個有力方法.本文首先對非天然糖代謝標(biāo)記和生物正交化學(xué)的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀做簡單的介紹.接著,結(jié)合本課題組相關(guān)工作,對非天然糖代謝技術(shù)在研究上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)變、神經(jīng)干細(xì)胞分化、心肌肥大等過程中的動態(tài)唾液酸化的研究進展進行介紹和討論.為了拓展非天然糖代謝標(biāo)記的應(yīng)用,我們開發(fā)了蛋白質(zhì)特異性聚糖成像、細(xì)胞及組織選擇性聚糖標(biāo)記、聚糖拉曼成像、新型非天然糖等工具.最后對唾液酸化聚糖的化學(xué)生物學(xué)研究前景進行了展望.

【文章頁數(shù)】：14 頁

【部分圖文】：

圖1唾液酸化聚糖的生物合成路徑.(a)在細(xì)胞質(zhì)中,ManNAc由UDP-GlcNAc轉(zhuǎn)化而來,經(jīng)過磷酸化、與PEP縮合、脫磷酸后生成Neu5Ac.Neu5Ac進入細(xì)胞核后,活化生成CMP-Neu5Ac.CMP-Neu5Ac被轉(zhuǎn)運至高爾基體中發(fā)生唾液酸化反應(yīng),生成的唾液酸化蛋白被轉(zhuǎn)運到細(xì)胞表面.(b)CMP-Neu5Gc在CMAH催化下由CMP-Neu5Ac轉(zhuǎn)變而來.CMP-KDN的從頭合成來自甘露糖[20]

唾液酸廣泛地參與到受精[8]、骨骼發(fā)育[9]、神經(jīng)連接[10]等過程中,而唾液酸合成和修飾的失調(diào)與癌癥[5]、神經(jīng)系統(tǒng)疾病[11,12]等重大疾病的發(fā)生與發(fā)展息息相關(guān).Neu5Ac的合成發(fā)生于細(xì)胞質(zhì)中(圖1(a)).雙功能酶GNE(尿苷二磷酸-N-乙酰氨基葡萄糖2-表位酶/N-乙....

圖3唾液酸化的動態(tài)變化和調(diào)控.(a)利用Ac4ManNAz,對EMT過程中唾液酸的動態(tài)變化進行成像和組學(xué)分析[51].(b)原代神經(jīng)干細(xì)胞分化過程中唾液酸化水平的標(biāo)記和分析.研究發(fā)現(xiàn)Igsf8是原代神經(jīng)前體細(xì)胞的細(xì)胞表面標(biāo)志物[54].(c)大鼠心肌肥大過程中唾液酸化聚糖的動態(tài)變化觀測[57].(d)蛋白特異性的唾液酸化聚糖成像.利用這一技術(shù),研究了整合素αXβ2的唾液酸化修飾[58]

在糖基化相關(guān)基因突變導(dǎo)致的疾病中,時常能觀察心臟功能異常的表型[55].此外,唾液酸化異常在心肌肥大中被觀測到[56].心肌肥大是一種可能導(dǎo)致心衰的心臟適應(yīng)性反應(yīng).唾液酸化在心肌肥大等心臟相關(guān)疾病中的功能,引起了科學(xué)家的興趣.本課題組[57]利用非天然糖代謝標(biāo)記,在大鼠心肌肥大模....

圖4基于LABOR技術(shù)的細(xì)胞選擇性和組織特異性聚糖標(biāo)記.(a)LABOR技術(shù)的原理.包裹9AzSia的靶向脂質(zhì)體通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞進入內(nèi)含體,并在溶酶體中裂解釋放出9AzSia.溶酶體膜上的轉(zhuǎn)運體將9AzSia轉(zhuǎn)運至細(xì)胞質(zhì),從而實現(xiàn)細(xì)胞選擇性聚糖標(biāo)記[68].(b)葉酸受體(FR)高表達(dá)細(xì)胞的選擇性標(biāo)記[69].(c)同時選擇性標(biāo)記兩種細(xì)胞的聚糖[68].(d)小鼠腫瘤組織聚糖的靶向性標(biāo)記[65].(e)小鼠腦部唾液酸化聚糖標(biāo)記[66]

盡管非天然糖代謝標(biāo)記被廣泛地用于研究糖基化過程,不具備細(xì)胞選擇性是其局限性之一.非天然糖會被各種細(xì)胞所攝取,無法在多細(xì)胞體系和活體中,對特定細(xì)胞中的糖基化進行標(biāo)記和研究.而細(xì)胞選擇性標(biāo)記的重要性,從基因編碼的綠色熒光蛋白所實現(xiàn)的細(xì)胞選擇性蛋白成像,可見一斑[63].為了解決這個問....

圖5新型非天然唾液酸的開發(fā)及應(yīng)用.(a)9AzNeu5Ac、9AzNeu5Gc和9AzKDN是對應(yīng)3種唾液酸亞型的非天然唾液酸,實現(xiàn)了唾液酸亞型特異的生物正交標(biāo)記[71].(b)雙功能唾液酸9AzSiaNDAz和9AzSiaNAl,可分別用于唾液酸結(jié)合蛋白的鑒定和唾液酸化聚糖的雙色成像[72].(c)含有生物正交脫除基團的非天然唾液酸Neu5Proc,可用于細(xì)胞表面唾液酸的化學(xué)調(diào)控[75].(d)SiaNAz、SiaNAl、SiaNCy和[D3]Sia是含有生物正交拉曼基團的非天然唾液酸,實現(xiàn)了聚糖的生物正交拉曼光譜檢測和顯微成像[76]

唾液酸和唾液酸結(jié)合蛋白的相互作用調(diào)控一系列重要的細(xì)胞表面識別過程[1].受限于糖和蛋白質(zhì)相互作用力較弱等原因,唾液酸結(jié)合蛋白的捕捉和鑒定具有很大的挑戰(zhàn)性.在含有一個生物正交反應(yīng)基團的非天然唾液酸的基礎(chǔ)上,本課題組[72]開發(fā)了含有生物正交反應(yīng)基團和光交聯(lián)基團的雙功能非天然唾液酸,....

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