陳興課題組在化學糖生物學領域取得進展
時間：2021-04-06 16:58:02學院：化學與分子工程學院學校：北京大學
聚糖作為組成細胞的生物大分子之一，參與調控許多重要的生理和病理過程。相對核酸和蛋白質而言，聚糖具有結構復雜、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，化學與糖生物學的交叉研究快速發(fā)展，為聚糖的合成、分析和調控提供了新的有力途徑。北京大學化學與分子工程學院的陳興課題組致力于開發(fā)化學標記策略和成像手段，在活細胞和活體水平上揭示糖基化的生物學功能及其分子機理。這是化學糖生物學領域中很受關注的研究方向。在前期研究工作中，陳興課題組發(fā)展了一種具有細胞選擇性的聚糖標記技術，實現了對癌癥細胞表面聚糖的靶向性標記成像和富集鑒定（J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9914）?；谶@些工作基礎，他們最近在標記探針和成像技術上做了進一步的探索，取得了重要進展。
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合蛋白質的相互作用。唾液酸是組成細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合蛋白的相互識別和作用。為了對唾液酸結合蛋白進行高通量的捕獲和研究，他們設計合成了同時含有兩種功能基團的唾液酸類似物，并驗證了這些雙功能唾液酸探針可以被細胞代謝，用于唾液酸化聚糖的代謝標記。當功能基團為兩種生物正交反應基團時，這種雙功能唾液酸可以被用于聚糖的多色成像和細胞表面糖蛋白周轉的動態(tài)檢測。當雙功能唾液酸同時含有生物正交反應基團和光交聯基團時，可用于進行唾液酸結合蛋白的捕獲、富集和鑒定。該工作與北大生命學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對聚糖進行熒光標記。但由于生物正交反應必須滿足十分嚴苛的要求，只有少數幾種化學反應符合“生物正交”的條件。陳興課題組提出了“生物正交拉曼標記”的概念，結合拉曼成像技術，實現對聚糖的直接標記與成像，從而無需使用生物正交反應。他們設計并合成了含有“生物正交拉曼基團”的非天然糖探針。“生物正交拉曼基團”定義為該基團的拉曼振動信號落在細胞的“拉曼靜默區(qū)間”，即細胞中的天然生物分子在此期間無拉曼信號。運用這些非天然糖和表面增強技術，他們實現了細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互補，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)，并被評選為當期的內封面。這項工作與廈門大學化學學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基金委員會和科技部的經費支持。
?? (陳興個人簡介：2010年9月加入北京大學化學與分子工程學院，任“百人計劃”研究員，從事化學生物學研究和教學工作。2011年5月入選北大?清華生命科學研究中心PI。目前的研究興趣主要集中于化學糖生物學領域。近期獲DuPont Young Professor Award和SCOPUS青年科學之星等獎項。)
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