可视化成像活细胞膜特定蛋白的糖化修饰

蛋白糖化修饰所导致的蛋白功能或结构改变与癌症、糖尿病、神经退行性病变等多种疾病高度相关。在活细胞水平中监测特定蛋白的糖化修饰对理解蛋白糖化与疾病发展的分子机制具有重要意义。然而，缺乏合适的化学生物学工具及蛋白糖化修饰的高度异质性，使得在活细胞中研究特定蛋白的糖化修饰及其功能极具挑战性。

近日，中国科学院基础医学与肿瘤研究所的李娟教授（点击查看介绍）团队开发了一种基于生物正交化学报告探针和邻近诱导的荧光共振能量转移（FRET）的策略，实现了活细胞水平特定蛋白糖化修饰的可视化分析。该团队首先开发了一种带有生物正交标签的葡萄糖类似物（6AzGlc）作为一种新型的糖化报告探针。并设计了两种核酸探针，一种是糖化信号转换探针（GCP）将糖化修饰信息转换成核酸序列信息，另一种是蛋白靶向探针（PTP）用于识别靶标蛋白。当靶标蛋白被6AzGlc糖化后，GCP和PTP依次结合靶标蛋白上，触发邻近诱导的DNA链互补配对和构象变化，产生FRET信号。

作为概念验证，该团队针对PD-L1蛋白、整合素蛋白、细胞间质上皮转换因子c-Met以及酪氨酸蛋白激酶7等膜蛋白实现了糖化修饰的成像，验证了这一方法的通用性。并进一步通过TIRF单分子荧光成像验证的糖化信号的蛋白特异性。最后，作者借助该成像方法研究了糖化修饰对PD-L1蛋白和整合素蛋白的功能影响。结果表明，糖化修饰能够降低PD-L1与PD-1蛋白的亲和力，也能够调节整合蛋白与相应结合肽RGD的亲和力。

总之，这种策略提供了一种研究蛋白糖化修饰的新方法，具有以下显著的优点：1）所提出的化学报告探针6AzGlc具有比天然葡萄糖更高的糖化反应活性；2）相较于基于传统质谱等技术的糖化分析方法，该策略可适用于活细胞，为分析糖化蛋白的相应生物学功能提供了崭新的平台。该团队首次发现PD-L1和整合素的糖化修饰影响了它们结合配体的能力；3）这种策略具备通用性，可通过简单地改变靶向识别模块（如核酸适体、多肽或抗体）即可拓展到其他感兴趣的靶标蛋白；4）核酸探针的精确设计和化学报告分子的原位标记使得FRET信号限制于靶标蛋白分子及其糖化修饰位点，提高了成像的特异性。该策略不仅揭示了生物正交的化学报告分子作为蛋白糖化修饰研究工具的潜力，并为进一步研究天然环境中的其生物物学功能提供了一种通用的新方法。

文章的第一作者是上海交通大学的博士研究生邵振滔（现为中国科学院基础医学与肿瘤研究所博士后）。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Visualization of Protein-Specific Glycation in Living Cells via Bioorthogonal Chemical Reporter

Zhentao Shao, Hui Yuan, Zhilan Zhou, Ya Wang, Peidong Hou, Hexin Nan, Wei Wang, Prof. Weihong Tan, Prof. Juan Li

Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202210069

研究团队简介

李娟，中国科学院基础医学与肿瘤研究所，研究员、博士生导师，国家优秀青年科学基金获得者，中国化学会青年化学奖获得者。主要从事分子诊断、生物成像和肿瘤免疫治疗的研究工作，期望为化学、生命、医学等学科提供先进的研究工具。近年来，以通讯作者在国际高水平刊物上发表SCI论文60余篇，包括Science、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.，Chem. Soc. Rev.等。先后主持国家重点研发计划“合成生物学”专项课题、国家自然科学基金重大研究计划培养项目、优秀青年科学基金、上海市青年科技启明星等项目。担任BME Frontiers杂志副主编，美国化学会《Analytical Chemistry》杂志编辑顾问委员会委员、《肿瘤学杂志》中青年编委、《高等学校化学学报》《Chemical Research in Chinese Universities》青年执行编委。

https://www.x-mol.com/university/faculty/67620