陳興課題組與王初課題組合作發現糖代謝标記中的副反應

      非天然糖代謝标記技術在過去二十年得到了大力的發展和廣泛的應用，是糖化學标記的有力工具之一。所謂非天然糖，即對天然單糖進行化學修飾，連接疊氮、炔基等生物正交基團。非天然糖能夠被細胞攝取，通過天然糖代謝通路整合到糖鍊裡。接着，通過生物正交反應對聚糖進行标記、成像或組學分析。在使用時，非天然糖的羟基通常被全乙酰化保護，以增加其通過細胞膜的能力。

     最近，beat365官方网站陳興與王初課題組在活細胞中進行糖代謝标記研究時，發現了一種一直以來被大家所忽略的副反應。本工作的起點來自于意外的發現，在利用疊氮非天然糖Ac4ManNAz對細胞進行唾液酸化标記時，作者們發現質譜數據中出現了胞質蛋白。而正常情況下，胞質蛋白是不具有唾液酸修飾的。為了解釋這一現象，作者利用基于位點的化學蛋白質學技術手段鑒定到這些蛋白中的半胱氨酸殘基被非天然糖所修飾，并且産生了帶有不同乙酰基數目的修飾情況。為了進一步排除這些修飾是通過代謝途徑産生的可能性，作者們将全乙酰化的非天然糖直接與細胞裂解液或純蛋白孵育，也都能發現蛋白質上的半胱氨酸可以被修飾，這個實驗結果證明半胱氨酸上糖基化是一種無酶催化反應的産物。随後，作者們又嘗試了多種的全乙酰化非天然糖分子，發現它們均能對半胱氨酸進行無酶催化的糖基化修飾。

       O-GlcNAc修飾是一種發生在胞内蛋白絲氨酸和蘇氨酸上的糖基化修飾，此前利用非天然糖代謝标記策略已經鑒定到上千個被定義為O-GlcNAc修飾的蛋白。但是，關于這些蛋白的鑒定一直缺乏具體的修飾位點信息，因此這些O-GlcNAc修飾蛋白中的一些蛋白極有可能是由于在半胱氨酸上的糖基化所導緻的。為了克服這一潛在的“污染”問題，作者發現使用沒有乙酰基保護的非天然糖GalNAz可以有效地避免在半胱氨酸上糖基化的副反應，這一改進同時可以實現O-GlcNAc修飾蛋白和位點的大規模鑒定。

      這一副反應的發現對糖代謝标記具有重要的意義。首先，對于許多基于糖代謝标記的蛋白質組學數據需要進行進一步的分析和确認。其次，需要進一步開發沒有副反應且具有高标記效率的非天然糖探針。最後，這一反應可能為研究S-糖基化提供新的思路。

      這一結果近日發表于德國應化雜志（Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 1817-1820），獲得Very Important Paper和封底圖片的推薦。beat365官方网站陳興教授和王初特聘研究員本文共同通訊作者，本文共同第一作者為他們共同指導的生命聯合中心四年級研究生秦為以及陳興課題組化學學院三年級研究生覃珂。王初課題組本科生彭零航，陳興課題組研究生範欣琦等多位同學也為本課題的完成做出了貢獻。