甜蜜的信号！首次实现蛋白聚糖的标记和追踪

英国弗朗西斯·克里克研究所和帝国理工学院的研究人员近日开发出一种新策略来检测蛋白聚糖，这是一种可感知外部信号以帮助细胞生长或响应环境的复杂糖蛋白。

这篇题为“Xylosyltransferase engineering to manipulate proteoglycans in mammalian cells”的论文于1月20日发表在《Nature Chemical Biology》杂志上。

细胞最重要的对话通常发生在其表面。作为裹着糖衣的传感器，蛋白聚糖（proteoglycans）在控制着哪些信号可以传递，以及信号强度如何。

这些信号分子由核心蛋白质和长长的糖链组成，它们或附着在细胞表面，或沉积在细胞周围的空间。蛋白聚糖能够与生长因子或化学物质结合，帮助细胞应对环境变化。

尽管蛋白聚糖的重要性不言而喻，但其结构独特，难以通过质谱分析等传统方法进行检测。更为棘手的是，人们很难解析蛋白主链和糖胺聚糖（CAG）链的作用。

通讯作者、弗朗西斯·克里克研究所的Benjamin Schumann教授表示：“尽管目前已经鉴定出人体细胞内数百种蛋白聚糖，但实际数量可能远远不止。现有流程只能逐个鉴定蛋白聚糖的结构和功能，我试图简化这一过程。”

研究人员利用点击化学（click chemistry）技术开发出一种表征和追踪蛋白聚糖的方法，该技术可实现分子间的永久连接。

共同第一作者Himanshi Chawla表示：“我们不再关注整个蛋白聚糖分子，而是针对合成过程中的某个步骤。通过‘凹凸改造’技术，我们改造了合成蛋白聚糖的糖基转移酶，使其能够接受具有凸起结构的糖分子。”

具体来说，研究人员改造了木糖基转移酶XT1/2，使其能将化学标记的木糖类似物6AzGlc转移至目标蛋白。之后，他们通过点击化学来追踪这种经过标记的糖分子。

例如，研究人员可将其与荧光分子结合，通过成像技术观察该分子，或者连接锚定分子以实现分离和深入研究。当木糖基转移酶将经过修饰的糖分子添加到蛋白质上，便形成了带有标记的蛋白聚糖。

共同第一作者、克里克研究所的Zhen Li表示：“这项技术填补了研究空白。改造后的转移酶和糖分子成功融入了正常的哺乳动物细胞过程，证明该技术不会改变其生物学特性。”

这种方法既能通过质谱技术精准定位糖基化位点，又能利用化学手段构建带有特定糖胺聚糖链的蛋白聚糖，满足细胞应用需求。

“研究人员可在不同情境下标记这些分子，观察它们的具体作用，比如器官发育，” Schumann谈道。“我们还能利用其他生物分子或合成分子来代替糖链，以改变蛋白聚糖的功能。”

他认为这种技术在抗肿瘤领域也具有潜力。“或许可引入一种蛋白聚糖，使细胞无法响应常规的癌症驱动因子。这或许能帮助我们找到更有效的治疗方案。”