2024年6月6日，中國科學(xué)院上海藥物研究所李鐵海課題組在Nature Chemistry期刊發(fā)表題為“Integrated chemoenzymatic synthesis of a comprehensive sulfated ganglioside glycan library to decipher functional sulfoglycomics and sialoglycomics”的研究論文。在該項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊通過整合化學(xué)合成與酶促合成方法突破復(fù)雜糖鏈制備難題，實(shí)現(xiàn)了65個磺酸化和非磺酸化神經(jīng)節(jié)苷脂寡糖所組成糖庫的有效合成，并采用高通量的糖芯片技術(shù)解析了該寡糖庫與多種疾病相關(guān)蛋白之間的結(jié)構(gòu)功能關(guān)系。

神經(jīng)節(jié)苷脂寡糖是一類含唾液酸的復(fù)雜生物分子，在多種生理和病理過程中發(fā)揮著重要的作用。該類寡糖不僅存在不同位置的唾液酸化修飾，也存在磺酸化修飾，導(dǎo)致了其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和多樣性。唾液酸糖苷鍵的立體選擇性構(gòu)建和磺酸基團(tuán)的定點(diǎn)引入一直是糖化學(xué)領(lǐng)域的難題，尤其是在寡糖的不同位置同時引入多個唾液酸和磺酸基團(tuán)極具挑戰(zhàn)性。雖然酶法能有效地引入唾液酸殘基和磺酸基團(tuán)，但是由于稀有磺基轉(zhuǎn)移酶的缺乏與酶底物適應(yīng)性的限制，導(dǎo)致難以獲得該類目標(biāo)分子，進(jìn)而阻礙了其生物學(xué)功能的研究及相關(guān)藥物的開發(fā)。

磺酸化神經(jīng)節(jié)苷脂寡糖庫的化學(xué)酶促合成及糖密碼解析

本項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊通過高立體選擇性的迭代唾液酸糖苷化方法，模塊化高效組裝了內(nèi)側(cè)含不同數(shù)目唾液酸修飾的核心寡糖前體，并采用靈活的正交保護(hù)基策略進(jìn)行定點(diǎn)磺酸化制備核心寡糖，從而解決了因稀有磺基轉(zhuǎn)移酶的缺乏及酶底物適應(yīng)性的限制而難以合成該類寡糖的問題。隨后，通過3個唾液酸轉(zhuǎn)移酶模塊和1個半乳糖苷水解酶模塊在核心寡糖的非還原端進(jìn)行酶促多樣化衍生，系統(tǒng)地制備了磺酸化的神經(jīng)節(jié)苷脂寡糖。此外，通過對生源合成途徑進(jìn)行重新編程，研究團(tuán)隊發(fā)展了一種易于實(shí)施的發(fā)散性化學(xué)酶促合成方法，實(shí)現(xiàn)了完整系列的非磺酸化神經(jīng)節(jié)苷脂寡糖的精準(zhǔn)合成，進(jìn)而系統(tǒng)地構(gòu)建了該糖庫。研究團(tuán)隊采用糖芯片技術(shù)以高通量與高容量的方式，繪制了65個神經(jīng)節(jié)苷脂寡糖與疾?。[瘤、炎癥和神經(jīng)性疾?。┫嚓P(guān)的11種Siglec蛋白、感染相關(guān)的2種病毒蛋白（SARS-CoV-2和MERS-CoV）以及2種細(xì)菌毒素（霍亂毒素和志賀毒素II）的結(jié)合譜圖，揭示了寡糖上不同的磺酸化和唾液酸化修飾與疾病相關(guān)蛋白的特異性識別模式，鑒定了病毒和細(xì)菌感染以及免疫檢查點(diǎn)抑制相關(guān)蛋白的配體需求，為相關(guān)糖類藥物的開發(fā)提供了潛在的先導(dǎo)化合物。

上海藥物所博士研究生許倬嘉為該研究的第一作者，李鐵海研究員為本論文通訊作者。該研究得到了上海藥物所文留青研究員、浙江大學(xué)易文教授、喬治亞大學(xué)Kelley W. Moremen教授、東北師范大學(xué)周義發(fā)教授和孫琳教授、以及上海交通大學(xué)王平教授的支持，并受到了國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院與上海市科委項(xiàng)目的資助。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41557-024-01540-x

（供稿部門：李鐵海課題組）