曹鸿志教授课题组在寡糖合成领域实现岩藻糖基化糖链的可控合成

发布日期:2019-05-07 字号:  点击次数:

近日,山东大学国家糖工程技术研究中心曹鸿志教授课题组在国际权威期刊Nature Catalysis(《自然-催化》)上发表了题为“Reprogramming the enzymatic assembly line for site-specific fucosylation”的研究论文。国家糖工程技术研究中心博士研究生叶金凤为该研究第一作者,曹鸿志教授为通讯作者,山东大学为该研究唯一通讯单位。国家糖工程技术研究中心迟连利教授、肖敏教授、王凤山教授和上海交通大学王平研究员等课题组对本研究也作出了重要贡献。

含有岩藻糖修饰的路易斯系列抗原(Lewis antigen)是细胞表面糖链的常见结构单元,其在许多生理和病理过程中均发挥着至关重要的作用。Lewis系列抗原的生物合成涉及多个岩藻糖糖基转移酶,这些酶以非位点专一性的方式催化多聚乳糖胺(poly-LacNAc)糖链骨架的岩藻糖基化,得到不同岩藻糖基化程度的混合物。因此,在poly-LacNAc糖链的多个岩藻糖基化位点上精准引入岩藻糖基化修饰是复杂糖链酶法合成中的一大挑战。为了解决这一难题,本研究发展了一种创新性的合成策略,通过对糖链组装模块的重新编程,将与岩藻糖基化糖链体内生物合成无关的α2,6-唾液酸化组装模块整合到糖链组装线中,运用α2,6-唾液酸化和α1,3-或α1,4-岩藻糖糖基化的竞争反应来精准控制岩藻糖基化的修饰位点。该策略的关键在于在poly-LacNAc骨架延伸时,在不需要岩藻糖基化修饰的乳糖胺(LacNAc)或乳糖(Lactose)单元上使用唾液酸化模块引入α2,6-唾液酸作为临时保护基,使其不能被岩藻糖转移酶所识别,不被岩藻糖基化修饰,在需要岩藻糖基化的LacNAc单元上直接进行岩藻糖基化修饰,最后,将α2,6-唾液酸保护基用唾液酸苷酶切除,从而实现了poly-LacNAc糖链骨架的定点精准岩藻糖基化修饰。本研究运用10个酶法组装模块,共合成了22个结构均一的Lewis系列抗原复杂糖链,为复杂天然岩藻糖基化寡糖的表征和定量提供了标准化合物,使得系统性研究这类复杂糖链家族的生物学功能成为可能。

曹鸿志教授课题组的研究工作主要聚焦于糖链高效合成这一糖科学研究领域的基础科学问题与关键制约瓶颈,创新性地发展了寡糖的酶法模块化组装策略,为糖链的高效合成提供了普适性的解决方案,实现了包括肿瘤相关糖抗原、人乳寡糖、血型抗原以及O-甘露聚糖等系列复杂人源寡糖库的构建。为了突破酶的底物应用范围与酶的来源限制,曹鸿志教授课题组将有机合成的理念、方法和策略引入寡糖的酶促合成,首次实现了唾液酸化糖链的可控合成(J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 5205; J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 4547.);本次发表的工作又首次实现了岩藻糖基化糖链的可控合成,是寡糖合成领域的重大突破。近年来,曹鸿志教授课题组在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Catal.等国际著名期刊发表了多篇论文。以上研究得到了国家自然科学基金、山东大学微生物技术国家重点实验室开放课题及“山东大学药物化学生物学创新团队”等的支持。

论文链接https://www.nature.com/articles/s41929-019-0281-z

课题组主页https://caolab.wixsite.com/hongzhicao

【 作者:叶金凤 刘长城  来源:国家糖工程技术研究中心   责任编辑:荆子曌 】

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