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(xì)胞的葡聚糖-蛋白質(zhì)相互作用篩選新工具。這項(xiàng)突破將用于研究葡聚糖在人類疾病（如癌癥）中的重要作用。
一般情況下活細(xì)胞內(nèi)布滿葡聚糖（glycans），這種支鏈碳水化合物在細(xì)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(xiàng)實(shí)驗(yàn)，”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(xì)胞膜上的圖案可以讓健康細(xì)胞癌變，控制細(xì)胞在發(fā)育中的角色，以及促進(jìn)成體細(xì)胞之間各種相互作用。影響細(xì)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。科學(xué)家們知道如何在實(shí)驗(yàn)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(xiàng)化學(xué)挑戰(zhàn)。
為了研究與葡聚糖分子相互作用的細(xì)胞蛋白質(zhì)，研究人員需要將數(shù)十或數(shù)百個(gè)葡聚糖附著在一塊玻璃片上進(jìn)行葡聚糖結(jié)合測試。然后將玻璃片暴露在待檢測的細(xì)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(fèi)時(shí)費(fèi)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(dú)合成100種糖，光這個(gè)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(shí)驗(yàn)室才能提供這些服務(wù)。”
Wu和和同事決定利用細(xì)胞天然酶類的強(qiáng)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(gè)專門的酶生產(chǎn)糖的一小部分，接著另一個(gè)酶生產(chǎn)糖鏈的下一個(gè)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(tuán)隊(duì)采用嚙齒動物的突變卵巢細(xì)胞，這些細(xì)胞的葡聚糖構(gòu)成相對人類細(xì)胞較為簡單。讓細(xì)胞暴露在不同葡聚糖生產(chǎn)酶的組合之下，向細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞陣列的作用，Wu和同事在含有不同葡聚糖的細(xì)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(qiáng)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(xì)胞孵育人類骨髓基質(zhì)細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)Siglec-15表達(dá)骨細(xì)胞形成過程受到了抑制，這種破骨細(xì)胞在生長和愈合過程中起吸收骨組織作用。
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