非天然糖代謝標記技術(shù)在過去二十年得到了大力的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，是糖化學標記的有力工具之一。所謂非天然糖，即對天然單糖進行化學修飾，連接疊氮、炔基等生物正交基團。非天然糖能夠被細胞攝取，通過天然糖代謝通路整合到糖鏈里。接著，通過生物正交反應(yīng)對聚糖進行標記、成像或組學分析。在使用時，非天然糖的羥基通常被全乙?；Ｗo，以增加其通過細胞膜的能力。
最近，北京大學化學與分子工程學院陳興與王初課題組在活細胞中進行糖代謝標記研究時，發(fā)現(xiàn)了一種一直以來被大家所忽略的副反應(yīng)。本工作的起點來自于意外的發(fā)現(xiàn)，在利用疊氮非天然糖Ac4ManNAz對細胞進行唾液酸化標記時，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，作者利用基于位點的化學蛋白質(zhì)學技術(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?；鶖?shù)目的修飾情況。為了進一步排除這些修飾是通過代謝途徑產(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，這個實驗結(jié)果證明半胱氨酸上糖基化是一種無酶催化反應(yīng)的產(chǎn)物。隨后，作者們又嘗試了多種的全乙?；翘烊惶欠肿?，發(fā)現(xiàn)它們均能對半胱氨酸進行無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記策略已經(jīng)鑒定到上千個被定義為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致的。為了克服這一潛在的“污染”問題，作者發(fā)現(xiàn)使用沒有乙?；Ｗo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)，這一改進同時可以實現(xiàn)O-GlcNAc修飾蛋白和位點的大規(guī)模鑒定。
這一副反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)對糖代謝標記具有重要的意義。首先，對于許多基于糖代謝標記的蛋白質(zhì)組學數(shù)據(jù)需要進行進一步的分析和確認。其次，需要進一步開發(fā)沒有副反應(yīng)且具有高標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。北京大學化學與分子工程學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的生命聯(lián)合中心四年級研究生秦為以及陳興課題組化學學院三年級研究生覃珂。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也為本課題的完成做出了貢獻。
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