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南京大学研究团队在细胞表面聚糖检测领域取得

发布时间:2019-11-08 02:51编辑:环球彩票登录网址浏览(62)

    图1. 功能浮力微球探针的制备和细胞表面神经节苷脂定量分析原理

    近期,该研究组利用DNA序列的编码功能,构建了一种分级编码策略(Hierarchical Coding Strategy, HieCo)。

    生命分析化学国家重点实验室的鞠熀先教授课题组自2007年以来,积极开展这一挑战性课题的研究,先后在国家自然科学基金重大研究计划、重点项目和973项目资助下,通过设计两表面一分子竞争识别策略和聚糖电化学检测芯片,提出细胞表面糖基原位检测的系列方法(J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 7224; Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 6465等),曾获2013年教育部自然科学一等奖。同时,通过组装P-糖蛋白抗体功能化仿生界面,提出电极界面上细胞检测新方法;并引入化学选择性聚糖识别,提出细胞表面多种聚糖的同时定量和聚糖密度的分析策略,是2016年江苏省科学技术一等奖的主要内容。2015年以来,该研究组在细胞表面特定蛋白糖型的成像方法学研究方面取得重要进展,发展了特定蛋白质上的糖基与多种糖型的原位检测方法(Chem. Sci. 2015, 6, 3769; Chem. Sci. 2016, 7, 569; Anal. Chem. 2016, 88, 2923; Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 5220)。近期,他们用核酸适配体标记半乳糖氧化酶,利用Apt识别细胞表面特定蛋白质和GO的活性开关,构建了一种局域聚糖化学重构策略,实现了活细胞表面特定蛋白的糖型成像,于2017年5月29日在线发表(Angew. Chem. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie.201703406)。

    该研究工作由助理研究员陈云龙为第一作者,鞠熀先教授为通讯作者于10月25日投稿,11月13日预录用。他们构建的一对功能化浮力微球包括提取探针和收集探针。提取探针以马来酰亚胺修饰的二氧化硅浮力微球为基底,在其上共价结合具有核酸内切酶切割位点和硼酸末端的DNA分子,通过硼酸与细胞表面唾液酸的共价识别作用,将细胞表面包含唾液酸的生物分子通过浮力提取。在核酸内切酶的作用下,被提取的生物分子被释放到溶液中,并由十八烷硅烷化的收集探针通过疏水作用收集其中的结合有核酸碎片的神经节苷脂,进一步利用体外杂交链反应对神经节苷脂进行荧光定量。用唾液酸剪切酶切除收集探针上收集的神经节苷脂中的唾液酸残基,通过荧光标记的凝集素识别残留聚糖,该工作发展了细胞表面神经节苷脂亚型的筛选鉴定方法,并第一次提出三种神经节苷脂亚型。利用提取探针对细胞表面唾液酸包含物进行不同程度地提取,可用这两种探针对细胞表面神经节苷脂的再生过程进行监测。与已有的神经节苷脂分析方法相比,该方法无需细胞破碎及其它预处理,首次实现了细胞表面神经节苷脂的定量筛查、亚类鉴定和再生分析,为揭示神经节苷脂相关的生命过程提供了重要工具。

    导读:糖基化模式随细胞生物过程和信号转导通路的改变而发生明显的动态变化,并对多种重要的生物过程具有调控作用。

    图1. 局域聚糖化学重构策略的原理示意图

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    该研究组开创性提出一系列细胞表面聚糖的原位电化学、光学与扫描成像检测方法(J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 7224;Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 6465;Anal. Chem. 2010, 82, 5804;Anal. Chem. 2012, 84, 1452;Chem. Sci. 2015, 6, 3769),发展了特定蛋白上聚糖原位检测的多种方法(Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 5220;Chem. Sci. 2016, 7, 569;Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 8139),实现了细胞表面神经节苷脂的定量、亚型筛查与再生分析(Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 785),在细胞表面糖基的原位检测领域提出了奠基性成果(Acc. Chem. Res. 2014, 47, 979 by Prof. M. S. Strano at Massachusetts Institute of Technology),并应邀综述了该领域的发展前沿与趋势(Acc. Chem. Res. 2018, 51, 890)。

    该局域聚糖化学重构策略由14级硕士研究生惠晶晶为第一作者、丁霖副教授和鞠熀先教授为通讯作者提出。他们以MUC1黏蛋白为研究模型,首先利用Apt与MUC1的特异性识别将亚铁氰化钾抑制的GO定位至MUC1上。然后用铁氰化钾激活GO,催化氧化细胞表面MUC1的末端半乳糖/N-乙酰半乳糖胺(Gal/GalNAc)生成醛基,通过醛基-生物素酰肼的快速反应将FITC标记在目标Gal/GalNAc上,用化学反应活性作为信号报告系统,实现了活细胞表面特定蛋白糖型的原位检测。与通常糖代谢标记技术相比,局域聚糖化学重构策略仅对目标蛋白上聚糖进行标记,标记过程与细胞自身功能无关,避免了代谢效率的异质性问题,为不同细胞系特定蛋白上糖型表达的研究提供了重要工具和方法模型。这是该课题组在细胞功能分子原位检测方法学研究领域的又一项重要进展。

    (化学化工学院 科学技术处)

    近期,该研究组利用DNA序列的编码功能,构建了一种分级编码策略(Hierarchical Coding Strategy, HieCo)。他们以细胞表面的肿瘤标志物粘蛋白MUC1为模型,O-聚糖糖链末端的唾液酸和岩藻糖为对象,巧妙地设计DNA序列和荧光基团的标记位点,结合适配体识别蛋白技术和糖代谢标记技术,对糖蛋白的蛋白、聚糖两个不同级别的结构单元进行分别编码和掩蔽,利用启动序列与时间编码的杂交引发解码过程,实现了由高级到低级的顺序解码,并提出癌细胞表面MUC1上两种单糖的同时成像方法。与已有的蛋白特异性糖型成像策略相比,该方法可反映目标糖蛋白的真实分级结构,并提供任意扩展的单糖检测通道,实现细胞生理状态改变和上皮细胞-间充质转化过程中两种单糖变化的动态监测,为揭示与聚糖相关的生命过程提供了重要工具。

    (化学化工学院 科学技术处)

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    这一研究成果以“A hierarchical coding strategy for live cell imaging of protein-specific glycoforms”(分级编码策略用于活细胞表面蛋白特异性糖型的成像)为题发表于Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 12007-12011( Suzuki教授在Nature的News and Views专栏以《DNA tags used to image sugar-bearing proteins on cells》为题对该工作进行了介绍和评论(Nature 2018, 561, 38-40)。该文指出:鞠、丁课题组提出的对聚糖进行DNA编码的方法“解决了同时检测特定蛋白上多种聚糖的难题”;“由于作为标签的DNA序列在理论上可以有无穷多,该方法可以被拓展为多种聚糖的同时检测”;并且,所使用的DNA不会被转运到细胞内,使该方法“具有专注于细胞表面蛋白研究的优点”。Suzuki教授在评论中高度评价鞠、丁课题组的工作“具有很大的潜力,为发展绿色荧光蛋白标记的类似系统走出了重要的一步”。

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    南京大学研究团队在细胞表面聚糖检测领域取得系列开创性研究成果【环球彩票登录网址】。神经节苷脂是细胞表面糖链的一种重要分子形态,包含一个或多个唾液酸末端寡糖链,通过神经酰胺部分的烷烃链嵌在细胞膜上,在高特异性酶作用下增减糖单元,动态地在细胞表面合成和降解,调节细胞结构、细胞粘附和信号传导,并作为微生物毒素、细菌和病毒的受体,与细胞生命过程密切相关。神经节苷脂异常的糖基化通路与遗传性疾病、肿瘤组织恶性转化等疾病相关。不同亚型的神经节苷脂异常过表达还与肿瘤的类型和进程密切相关。因此,筛查细胞表面的神经节苷脂对揭示其相关的生物过程和潜在的肿瘤进程具有重要的意义。

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    我校生命分析化学国家重点实验室的鞠熀先教授课题组从事细胞表面糖链研究已经十年,在细胞表面糖基的原位检测方法学研究领域提出了奠基性的成果(J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 7224;Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 6465; Anal. Chem. 2010, 82, 5804; Anal. Chem. 2012, 84, 1452;Chem. Sci. 2015, 6, 3769)。近两年该研究组发展了特定蛋白质上糖基的多种原位检测方法(Chem. Sci. 2016, 7, 569,Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 5220; Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 8139)。近期,他们针对神经节苷脂研究的迫切需求,设计了一对具有非破坏性提取和疏水收集功能的浮力微球探针,实现了细胞表面神经节苷脂的定量、亚型筛查与再生分析,于2017年12月4日在线发表(Angew. Chem. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie. 201710984)。

    在国家自然科学基金项目项目(项目编号:90713015、91213301、91413118、21135002、21635005)等资助下,南京大学鞠熀先、丁霖教授研究团队通过十余年的持续研究,在细胞表面聚糖检测领域取得系列开创性研究成果。

    糖基化是普遍存在的翻译后修饰,蛋白质的糖基化模式决定了其结构、功能以及细胞识别和信号传导等过程,与细胞生理状态的动态响应、疾病的进程和状态密切相关。因此,对活细胞表面特定蛋白糖型的原位检测有助于加深对糖基化机制和蛋白功能的理解,也可为疾病特别是癌症的诊断和治疗提供靶标。

    南京大学研究团队在细胞表面聚糖检测领域取得系列开创性研究成果【环球彩票登录网址】。图2. 细胞表面神经节苷脂亚型的鉴定原理和分析结果

    南京大学研究团队在细胞表面聚糖检测领域取得系列开创性研究成果【环球彩票登录网址】。糖基化模式随细胞生物过程和信号转导通路的改变而发生明显的动态变化,并对多种重要的生物过程具有调控作用。因此,活细胞表面以及特定蛋白上糖型的原位示踪不仅能够加深对蛋白质糖基化过程及其功能的理解,而且有助于新型诊断标志物和治疗靶标的甄定。

    图2. 利用局域聚糖化学重构策略对MCF-7和T47D细胞上MUC1的末端半乳糖/N-乙酰半乳糖胺进行原位检测

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    关键词: 环球彩票登陆 南京大学 课题组 细胞 原位