陈兴课题组在化学糖生物学领域取得进展

聚糖作为组成细胞的生物大分子之一,参与调控许多重要的生理和病理过程。相对核酸和蛋白质而言,聚糖具有结构复杂、形式多样等特点,因而对其功能的解析极具挑战性。近年来,化学与糖生物学的交叉研究快速发展,为聚糖的合成、分析和调控提供了新的有力途径。

北京大学化学与分子工程学院的陈兴课题组致力于开发化学标记策略和成像手段,在活细胞和活体水平上揭示糖基化的生物学功能及其分子机理。这是化学糖生物学领域中很受关注的研究方向。在前期研究工作中陈兴课题组发展了一种具有细胞选择性的聚糖标记技术,实现了对癌症细胞表面聚糖的靶向性标记成像和富集鉴定(J.Am.Chem.Soc.2012,134,9914)。基于这些工作基础,他们最近在标记探针和成像技术上做了进一步的探索,取得了重要进展。

在最近发表于J.Am.Chem.Soc.(DOI:10.1021/ja402326z)的一项工作中,陈兴课题组开发了一种新型的双功能非天然唾液酸探针,用于研究唾液酸化聚糖与其结合蛋白质的相互作用。唾液酸是组成细胞表面聚糖的重要单糖分子之一,通常位于聚糖的最外端。含有唾液酸的聚糖分子在细胞迁移、病原体与宿主相互作用等过程中扮演了非常重要的作用,这些功能的发挥都依赖于唾液酸与其结合蛋白的相互识别和作用。为了对唾液酸结合蛋白进行高通量的捕获和研究,他们设计合成了同时含有两种功能基团的唾液酸类似物,并验证了这些双功能唾液酸探针可以被细胞代谢,用于唾液酸化聚糖的代谢标记。当功能基团为两种生物正交反应基团时,这种双功能唾液酸可以被用于聚糖的多色成像和细胞表面糖蛋白周转的动态检测。当双功能唾液酸同时含有生物正交反应基团和光交联基团时,可用于进行唾液酸结合蛋白的捕获、富集和鉴定。该工作与北大生科院谢灿课题组和深圳研究生院赵劲课题组合作完成。

目前针对聚糖的成像手段通常需要利用生物正交反应对聚糖进行荧光标记。但由于生物正交反应必须满足十分严苛的要求,只有少数几种化学反应符合“生物正交”的条件。陈兴课题组提出了“生物正交拉曼标记”的概念,结合拉曼成像技术,实现对聚糖的直接标记与成像,从而无需使用生物正交反应。他们设计并合成了含有“生物正交拉曼基团”的非天然糖探针。“生物正交拉曼基团”定义为该基团的拉曼振动信号落在细胞的“拉曼静默区间”,即细胞中的天然生物分子在此期间无拉曼信号。运用这些非天然糖和表面增强技术,他们实现了细胞表面唾液酸化聚糖的直接拉曼检测和成像。聚糖的拉曼检测方法有望与荧光技术互补,用于研究一系列不同的糖基化过程。该成果最近发表于Angew.Chem.Int.Ed.(DOI:10.1002/anie.201301387),并被评选为当期的内封面。这项工作与厦门大学化学学院的田中群课题组合作完成。

以上工作均得到了自然科学基金委员会和科技部的经费支持。

个人简介:

陈兴,2010年9月加入北京大学化学与分子工程学院,任“百人计划”研究员,从事化学生物学研究和教学工作。2011年5月入选北大−清华生命科学研究中心PI。目前的研究兴趣主要集中于化学糖生物学领域。近期获DuPontYoungProfessorAward和SCOPUS青年科学之星等奖项。

 

编辑:焱悠

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