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聚糖作为细胞基本组分之一,参与细胞粘附、细胞间通讯、信号转导、受体激活以及细胞内吞等一系列重要的生物学过程。蛋白质的糖基化不仅增加了蛋白质结构上的复杂性,也增加了功能的多样性。特定蛋白上的糖型表达与细胞特定生理功能间有密切联系,糖基化的动态变化也反映疾病进程和状态。因此,细胞表面糖基与特定蛋白上的糖型检测是当前生命分析化学领域的研究热点

我室鞠熀先教授课题组自2007年承担国家自然科学基金重大研究计划以来,积极开展这一挑战性课题的研究,先后在该计划与973项目、国家自然科学基金重点项目资助下,通过设计一系列分子识别和标记新体系与两表面一分子竞争识别策略,提出多种细胞表面糖基原位检测的系列方法(J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 7224),实现了细胞表面多种聚糖的动态监测(Angew. Chem. Int. Ed.2009, 48, 6465)。Nat.China曾对其工作作亮点介绍,MIT学者在Acc.Chem. Res. (2014)评价该组工作称“鞠组做出了这个领域的一项奠基性工作

2015年以来,该研究组在细胞表面特定糖蛋白上糖型的成像方法学研究方面取得重要进展(Chem. Sci. 2015, 6, 3769; Chem. Sci.2016, 7, 569Anal. Chem.2016,88, 2923-2928。近期,他们利用上转换纳米材料(UNP)的近红外单色激发、多色发射的特点,结合糖代谢标记技术,通过在细胞表面的特定蛋白位点上建立单激发-双通道的发光共振能量转移体系(D-LRET),实现了特定糖蛋白上两种单糖的同时成像,于2016322日在线发表Angew.Chem. Int. Ed. DOI:10.1002/anie.201601233)。

这一单激发双色成像策略由该课题组13级硕士研究生吴娜为第一作者、丁霖副教授和鞠熀先教授为通讯作者提出。他们以UNP为能量供体,通过适体的靶向识别作用标记到特定蛋白上;两种荧光受体分子通过click反应分别标记到细胞表面的两种糖基上。在980nm激发下,UNP产生两个通道的发射光,分别与一定距离内的两种能量受体发生能量共振转移,通过点亮荧光受体分子指示目标糖基在该蛋白上的表达(图1)。该工作以肿瘤标志物黏蛋白MUC1为模型,对该蛋白上O-聚糖糖链的终止糖岩藻糖及唾液酸进行了同时成像,对比了三种乳腺上皮细胞系上终止糖的表达模式(图2),并进一步以O-聚糖的糖链起始糖N-乙酰半乳糖作为内标糖,获得三种不同细胞系的MUC1上经代谢标记的岩藻糖与唾液酸的相对表达比值。该策略为研究糖基化过程的信号转导机制提供了有力的工具,有助于开发新的基于聚糖表达的肿瘤标志物和治疗靶标,被两位审稿人分别评价为非常重要(Veryimportant, top 5%)和高度重要(Highlyimportant, top 20%)。这也是该课题组在细胞功能分子检测方法学研究领域的一项重要进展。

1.在细胞表面的特定蛋白上构建D-LRET体系用于双糖的同时成像

2.三种不同乳腺上皮细胞表面MUC1上岩藻糖和唾液酸的同时成像