非天然糖代謝標(biāo)記技術(shù)在過(guò)去二十年得到了大力的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，是糖化學(xué)標(biāo)記的有力工具之一。所謂非天然糖，即對(duì)天然單糖進(jìn)行化學(xué)修飾，連接疊氮、炔基等生物正交基團(tuán)。非天然糖能夠被細(xì)胞攝取，通過(guò)天然糖代謝通路整合到糖鏈里。接著，通過(guò)生物正交反應(yīng)對(duì)聚糖進(jìn)行標(biāo)記、成像或組學(xué)分析。在使用時(shí)，非天然糖的羥基通常被全乙?；Ｗo(hù)，以增加其通過(guò)細(xì)胞膜的能力。
最近，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院陳興與王初課題組在活細(xì)胞中進(jìn)行糖代謝標(biāo)記研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一種一直以來(lái)被大家所忽略的副反應(yīng)。本工作的起點(diǎn)來(lái)自于意外的發(fā)現(xiàn)，在利用疊氮非天然糖Ac4ManNAz對(duì)細(xì)胞進(jìn)行唾液酸化標(biāo)記時(shí)，作者們發(fā)現(xiàn)質(zhì)譜數(shù)據(jù)中出現(xiàn)了胞質(zhì)蛋白。而正常情況下，胞質(zhì)蛋白是不具有唾液酸修飾的。為了解釋這一現(xiàn)象，作者利用基于位點(diǎn)的化學(xué)蛋白質(zhì)學(xué)技術(shù)手段鑒定到這些蛋白中的半胱氨酸殘基被非天然糖所修飾，并且產(chǎn)生了帶有不同乙酰基數(shù)目的修飾情況。為了進(jìn)一步排除這些修飾是通過(guò)代謝途徑產(chǎn)生的可能性，作者們將全乙?；姆翘烊惶侵苯优c細(xì)胞裂解液或純蛋白孵育，也都能發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)上的半胱氨酸可以被修飾，這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明半胱氨酸上糖基化是一種無(wú)酶催化反應(yīng)的產(chǎn)物。隨后，作者們又嘗試了多種的全乙酰化非天然糖分子，發(fā)現(xiàn)它們均能對(duì)半胱氨酸進(jìn)行無(wú)酶催化的糖基化修飾。
O-GlcNAc修飾是一種發(fā)生在胞內(nèi)蛋白絲氨酸和蘇氨酸上的糖基化修飾，此前利用非天然糖代謝標(biāo)記策略已經(jīng)鑒定到上千個(gè)被定義為O-GlcNAc修飾的蛋白。但是，關(guān)于這些蛋白的鑒定一直缺乏具體的修飾位點(diǎn)信息，因此這些O-GlcNAc修飾蛋白中的一些蛋白極有可能是由于在半胱氨酸上的糖基化所導(dǎo)致的。為了克服這一潛在的“污染”問(wèn)題，作者發(fā)現(xiàn)使用沒(méi)有乙酰基保護(hù)的非天然糖GalNAz可以有效地避免在半胱氨酸上糖基化的副反應(yīng)，這一改進(jìn)同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)O-GlcNAc修飾蛋白和位點(diǎn)的大規(guī)模鑒定。
這一副反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)對(duì)糖代謝標(biāo)記具有重要的意義。首先，對(duì)于許多基于糖代謝標(biāo)記的蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)需要進(jìn)行進(jìn)一步的分析和確認(rèn)。其次，需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)沒(méi)有副反應(yīng)且具有高標(biāo)記效率的非天然糖探針。最后，這一反應(yīng)可能為研究S-糖基化提供新的思路。
這一結(jié)果近日發(fā)表于德國(guó)應(yīng)化雜志（Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 1817-1820），獲得Very Important Paper和封底圖片的推薦。北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院陳興教授和王初特聘研究員本文共同通訊作者，本文共同第一作者為他們共同指導(dǎo)的生命聯(lián)合中心四年級(jí)研究生秦為以及陳興課題組化學(xué)學(xué)院三年級(jí)研究生覃珂。王初課題組本科生彭零航，陳興課題組研究生范欣琦等多位同學(xué)也為本課題的完成做出了貢獻(xiàn)。
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