低成本、快速合成各種天然和非天然碳水化合物

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來源：轉(zhuǎn)載

2018-03-06

斯克里普斯研究所（TSRI）的研究人員在《Nature Communications》描述了一種可作用于不同葡聚糖修飾細胞的葡聚糖-蛋白質(zhì)相互作用篩選新工具。這項突破將用于研究葡聚糖在人類疾?。ㄈ绨┌Y）中的重要作用。

一般情況下活細胞內(nèi)布滿葡聚糖（glycans），這種支鏈碳水化合物在細胞與環(huán)境相互作用中扮演著不同角色。

“葡聚糖微陣列檢測是所有從事葡聚糖研究領(lǐng)域的科學(xué)家都在努力嘗試的一項實驗，”TSRI副教授、文章通訊作者Peng Wu博士說。“我們創(chuàng)造了一種非常容易推廣的簡便方法。”

解決聚糖篩選問題

葡聚糖和葡聚糖結(jié)合蛋白在細胞膜上的圖案可以讓健康細胞癌變，控制細胞在發(fā)育中的角色，以及促進成體細胞之間各種相互作用。影響細胞正確創(chuàng)建葡聚糖的遺傳性疾病通常會導(dǎo)致患者壽命縮短和肌肉骨骼問題。

葡聚糖研究比較棘手?？茖W(xué)家們知道如何在實驗室合成蛋白質(zhì)和DNA分子，但是葡聚糖的按需創(chuàng)建仍是一項化學(xué)挑戰(zhàn)。

為了研究與葡聚糖分子相互作用的細胞蛋白質(zhì)，研究人員需要將數(shù)十或數(shù)百個葡聚糖附著在一塊玻璃片上進行葡聚糖結(jié)合測試。然后將玻璃片暴露在待檢測的細胞或蛋白質(zhì)之中觀察結(jié)果。但是，這種葡聚糖微陣列測試費時費力，還十分昂貴。

“在過去，如果你想做100種糖的測試陣列，你首先得單獨合成100種糖，光這個步驟就十分困難，”Wu說。“只有專業(yè)化的碳水化合物化學(xué)合成實驗室才能提供這些服務(wù)。”

Wu和和同事決定利用細胞天然酶類的強大力量生產(chǎn)葡聚糖，這些酶的工作方式是逐級式的，用一個專門的酶生產(chǎn)糖的一小部分，接著另一個酶生產(chǎn)糖鏈的下一個分支，以此類推。研究人員發(fā)現(xiàn)，即使是結(jié)構(gòu)相關(guān)的非天然存在的糖也能通過這種方式添加。

Wu的團隊采用嚙齒動物的突變卵巢細胞，這些細胞的葡聚糖構(gòu)成相對人類細胞較為簡單。讓細胞暴露在不同葡聚糖生產(chǎn)酶的組合之下，向細胞所含的葡聚糖上添加碳水化合物支鏈。用這種方法他們創(chuàng)建了許多鑲嵌不同糖鏈的細胞葡聚糖陣列。

“唯一的限制是可以使用的酶，現(xiàn)在我們還需要借助細胞自身的簡單糖基化，”Wu說。“但是我們已經(jīng)創(chuàng)建出了我們想要的所有葡聚糖。”

為了測試新細胞陣列的作用，Wu和同事在含有不同葡聚糖的細胞中篩選能與Siglec-15結(jié)合的葡聚糖。Siglec-15是治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的潛在藥物，了解它與碳水化合物的相互作用很有必要。

研究小組確定了三種與之存在強烈相互作用的葡聚糖。接下來，他們用生產(chǎn)其中一種聚糖結(jié)構(gòu)的突變嚙齒動物卵巢細胞孵育人類骨髓基質(zhì)細胞，發(fā)現(xiàn)Siglec-15表達骨細胞形成過程受到了抑制，這種破骨細胞在生長和愈合過程中起吸收骨組織作用。

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