陳興課題組在化學(xué)糖生物學(xué)領(lǐng)域取得進(jìn)展
時間：2021-04-06 16:58:02學(xué)院：化學(xué)與分子工程學(xué)院學(xué)校：北京大學(xué)
聚糖作為組成細(xì)胞的生物大分子之一，參與調(diào)控許多重要的生理和病理過程。相對核酸和蛋白質(zhì)而言，聚糖具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形式多樣等特點，因而對其功能的解析極具挑戰(zhàn)性。近年來，化學(xué)與糖生物學(xué)的交叉研究快速發(fā)展，為聚糖的合成、分析和調(diào)控提供了新的有力途徑。北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院的陳興課題組致力于開發(fā)化學(xué)標(biāo)記策略和成像手段，在活細(xì)胞和活體水平上揭示糖基化的生物學(xué)功能及其分子機(jī)理。這是化學(xué)糖生物學(xué)領(lǐng)域中很受關(guān)注的研究方向。在前期研究工作中，陳興課題組發(fā)展了一種具有細(xì)胞選擇性的聚糖標(biāo)記技術(shù)，實現(xiàn)了對癌癥細(xì)胞表面聚糖的靶向性標(biāo)記成像和富集鑒定（J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9914）?；谶@些工作基礎(chǔ)，他們最近在標(biāo)記探針和成像技術(shù)上做了進(jìn)一步的探索，取得了重要進(jìn)展。
在最近發(fā)表于J. Am. Chem. Soc. (DOI: 10.1021/ja402326z)的一項工作中，陳興課題組開發(fā)了一種新型的雙功能非天然唾液酸探針，用于研究唾液酸化聚糖與其結(jié)合蛋白質(zhì)的相互作用。唾液酸是組成細(xì)胞表面聚糖的重要單糖分子之一，通常位于聚糖的最外端。含有唾液酸的聚糖分子在細(xì)胞遷移、病原體與宿主相互作用等過程中扮演了非常重要的作用，這些功能的發(fā)揮都依賴于唾液酸與其結(jié)合蛋白的相互識別和作用。為了對唾液酸結(jié)合蛋白進(jìn)行高通量的捕獲和研究，他們設(shè)計合成了同時含有兩種功能基團(tuán)的唾液酸類似物，并驗證了這些雙功能唾液酸探針可以被細(xì)胞代謝，用于唾液酸化聚糖的代謝標(biāo)記。當(dāng)功能基團(tuán)為兩種生物正交反應(yīng)基團(tuán)時，這種雙功能唾液酸可以被用于聚糖的多色成像和細(xì)胞表面糖蛋白周轉(zhuǎn)的動態(tài)檢測。當(dāng)雙功能唾液酸同時含有生物正交反應(yīng)基團(tuán)和光交聯(lián)基團(tuán)時，可用于進(jìn)行唾液酸結(jié)合蛋白的捕獲、富集和鑒定。該工作與北大生命學(xué)院謝燦課題組和深圳研究生院趙勁課題組合作完成。
目前針對聚糖的成像手段通常需要利用生物正交反應(yīng)對聚糖進(jìn)行熒光標(biāo)記。但由于生物正交反應(yīng)必須滿足十分嚴(yán)苛的要求，只有少數(shù)幾種化學(xué)反應(yīng)符合“生物正交”的條件。陳興課題組提出了“生物正交拉曼標(biāo)記”的概念，結(jié)合拉曼成像技術(shù)，實現(xiàn)對聚糖的直接標(biāo)記與成像，從而無需使用生物正交反應(yīng)。他們設(shè)計并合成了含有“生物正交拉曼基團(tuán)”的非天然糖探針?！吧镎焕鶊F(tuán)”定義為該基團(tuán)的拉曼振動信號落在細(xì)胞的“拉曼靜默區(qū)間”，即細(xì)胞中的天然生物分子在此期間無拉曼信號。運(yùn)用這些非天然糖和表面增強(qiáng)技術(shù)，他們實現(xiàn)了細(xì)胞表面唾液酸化聚糖的直接拉曼檢測和成像。聚糖的拉曼檢測方法有望與熒光技術(shù)互補(bǔ)，用于研究一系列不同的糖基化過程。該成果最近發(fā)表于Angew. Chem. Int. Ed. (DOI: 10.1002/anie.201301387)，并被評選為當(dāng)期的內(nèi)封面。這項工作與廈門大學(xué)化學(xué)學(xué)院的田中群課題組合作完成。
以上工作均得到了國家自然科學(xué)基金委員會和科技部的經(jīng)費(fèi)支持。
?? (陳興個人簡介：2010年9月加入北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，任“百人計劃”研究員，從事化學(xué)生物學(xué)研究和教學(xué)工作。2011年5月入選北大?清華生命科學(xué)研究中心PI。目前的研究興趣主要集中于化學(xué)糖生物學(xué)領(lǐng)域。近期獲DuPont Young Professor Award和SCOPUS青年科學(xué)之星等獎項。)
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