李福川教授课题组首次实现活细胞表面蛋白聚糖工程化组装

shibai

11月20日，Nature Communications在线发表了国家糖工程技术研究中心李福川教授课题组题为“Assembling custom side chains on proteoglycans to interrogate their function in living cells”的研究论文。山东大学国家糖工程技术研究中心博士后王文爽为本文的第一作者，李福川教授为唯一通讯作者。山东大学为第一作者单位和通讯作者单位。

活细胞表面蛋白聚糖工程化组装策略

       蛋白聚糖（Proteoglycans, PGs）是一类结构极为复杂的生物大分子，由一条或多条糖胺聚糖（Glycosaminoglycans, GAGs）侧链与核心蛋共价欧联组成，广泛存在于细胞膜表面及胞外基质中，参与了生长发育、肿瘤发生发展和病原微生物感染等一系列生理和病理过程，其中GAGs侧链在PGs的生物学功能中发挥了至关重要的作用。但由于GAGs侧链生物合成的非模版驱动机制及其结构的高度复杂性和不均一性，使PGs的结构和功能研究面临巨大挑战，尤其是GAGs糖链结构的构效关系研究始终缺乏有效的研究手段。尽管利用分子生物学手段对PGs核心蛋白上的糖基化位点进行突变，可以研究GAGs侧链的有无和数量对PGs功能的影响，但不能揭示特定结构GAGs糖链对PGs功能的影响。最近，有研究者利用基因编辑技术对细胞中与GAGs合成相关的酶进行敲除或过表达，从而对细胞合成GAGs的种类和修饰模式进行调控，但该方法并不能对所合成GAGs侧链的结构进行精确调控，更不能精确控制特定PGs的GAGs侧链结构，因此该技术并不能解决特异结构GAGs侧链对PGs生物学功能的影响问题，更解决不了具有特异结构GAGs侧链PGs的工程化制备及应用问题。
        李福川教授课题组利用酶催化的蛋白点特异性醛基标记技术，在世界上首次建立了将GAGs糖链组装到特定PGs核心蛋白上的技术，利用该技术可以将具有特异结构的GAGs糖链共价耦联到了PGs核心蛋白的糖基化位点上，在溶液或活细胞表面构建具有特异GAGs侧链的工程化PGs，并且该工程化PGs表现出与野生型PGs相同的细胞信号调节功能。因此，利用该技术可以将特异结构的GAGs糖链组装到PGs的核心蛋白上，以研究不同糖链结构对PGs功能的影响。此外，还可以通过在糖链中引入炔基等高活性反应基团，通过点击反应等对PGs的潜在靶蛋白进行俘获，如本研究首次获得了Glypican-3和Frizzled的复合物，为两者的相互作用提供了直接证据。
        该研究为PGs的构效关系研究提供了通用技术平台，解决了该领域研究中长期面临的关键技术问题。本研究得到国家自然基金、山东省自然基金和泰山产业领军人才等项目资助。
       李福川教授课题组长期致力于蛋白聚糖生物学研究，在GAGs结构与功能研究、GAGs新型工具酶发现和鉴定、GAGs和PGs新型生相容性探针研究，以及相关生物医药产品研发等方面具有很好的积累和经验，取得了一系列国际领先的研究成果。已在Nat. Commun., Chem. Sci., J. Biol. Chem., Anal. Chem.等相关国际著名期刊上发表系列蛋白聚糖生物学相关论文。
       论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-19765-y
        文章来源：山东大学
        李福川，山东大学教授。生物来源新型多糖特别是糖胺聚糖降解酶的发现鉴定、催化机制、分子酶学改造与应用研究；  糖胺聚糖构效关系研究及相关医药产品的研发；  基于新型酶和探针的糖相关新型分析检测技术研发和应用；  细胞表面蛋白聚糖在胚胎发育和癌变过程中的细胞信号转导调控机制研究。