近日，中國科學院大連化學物理研究所生物技術研究部生物分離與界面分子機制研究組研究員卿光焱團隊與本草物質科學研究室中藥科學研究中研究員梁鑫淼團隊合作，在糖鏈結構解析方面取得新進展，通過設計糖鏈的衍生化標記策略，實現(xiàn)了基于蛋白質納米孔的糖鏈單分子檢測和對不同糖鏈的辨識，并揭示了納米孔界面的檢測機制。
糖鏈廣泛地參與細胞識別、信號轉導、病毒侵染、癌癥的發(fā)生發(fā)展等眾多生理病理活動。與豐富功能相匹配的是糖鏈在組成、連接、構型和分枝等方面呈現(xiàn)巨大的結構多樣性，這種復雜性使得糖鏈結構表征成為一個世界公認的難題。
大連化物所提出面向糖鏈的納米孔單分子分析方法
前期，合作團隊利用穩(wěn)態(tài)離子電流的固態(tài)納米孔道傳感策略實現(xiàn)寡糖鏈異構體區(qū)分（Chem. Sci.，2020），以及實現(xiàn)了酪氨酸磷酸化感知（J. Am. Chem. Soc.，2020）等。在此基礎上，本工作將基于瞬態(tài)離子電流的納米孔單分子傳感引入到糖鏈的結構分析研究中，設計開發(fā)了含芳環(huán)基團作為標簽的糖鏈衍生化策略，獲取了基于氣單胞菌溶素（AeL）納米孔的寡糖鏈納米孔單分子穿孔信號。合作團隊經(jīng)過對納米孔單分子信號的處理，獲得了糖鏈特異性的阻斷電流（Ib/I0）和阻斷時間繪制的指紋圖。借助這種指紋圖以及中藥科學研究中心大數(shù)據(jù)組提供的機器學習算法，實現(xiàn)了不同類型異構體的、不同單體數(shù)量的以及不同簡單分枝形式的糖鏈的辨識和區(qū)分。進一步，合作團隊通過對AeL蛋白質的定點突變以及納米孔界面的模擬對接研究揭示，AeL納米孔內部多個K238位點與芳環(huán)標簽的多重陽離子- 作用是拖慢糖鏈分子穿孔速度，實現(xiàn)單分子阻斷信號記錄的關鍵。該工作解決了寡糖鏈分子在納米孔傳感中信號難獲取的挑戰(zhàn)，為基于納米孔單分子分析的糖鏈精確結構測定打下基礎。
相關研究以“Identification of tagged glycans with a protein nanopore”為題，于近日發(fā)表在《自然—通訊》（Nature Communications）上。該工作的第一作者是大連化物所博士后李閔閔。上述工作得到國家自然科學基金、大連化物所創(chuàng)新基金等項目的資助。
