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Nature:利用比较糖蛋白质组学鉴定出导致蓖麻毒素毒性的新玩家

来源:本站原创 2017-09-23 21:49


图片来自Nature, doi:10.1038/nature24015。

2017年9月23日/生物谷BIOON/---虽然在基因组学、代谢组学、蛋白质和脂类研究方面取得了重大进展,但糖基化在蛋白质组水平中仍未得到广泛的探索。对复杂的糖蛋白质组(glycoproteome)进行分析的技术是有限的。糖蛋白不仅在糖基的数量和位置上存在差别,而且也在每种聚糖(glycan)的组成和结构上存在差别。糖蛋白质组学(glycoproteomics)是“生命科学的重要前沿之一”。

为了克服这个领域存在的技术限制,在一项新的研究中,奥地利科学院分子生物技术研究所(IMBA)主任Josef Penninger博士及其团队开发出质谱法和算法,最终能够对复杂的糖结构进行综合识别,并且将它们绘制到相应糖蛋白的正确位点上。他们新开发的比较糖蛋白质组学(comparative glycoproteomics)平台于2017年9月20月在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Comparative glycoproteomics of stem cells identifies new players in ricin toxicity”。论文第一作者为IMBA研究员Jasmin Taubenschmid博士和IMBA蛋白质组研究员Johannes Stadlmann。他们的方法被称作为SugarQb(Sugar Quantitative Biology),能够获得对生物系统中的蛋白糖基化和聚糖修饰的全局性认识。他们将这种平台应用于两项概念验证研究---对胚胎干细胞糖蛋白质组进行分析和鉴定出蓖麻毒素(ricin)毒性产生所必需的糖蛋白---中。

利用这种新的SugarQb方法,这些研究人员首次绘制出小鼠和人胚胎干细胞糖蛋白质组草图。他们的研究结果几乎将所有已知的糖蛋白的数量增加了一倍。他们也揭示出多种新的糖基化蛋白,这些糖基化蛋白包括进化上保守的糖修饰,以及小鼠和人干细胞多能性因子中的物种特异性糖修饰。他们发现的很多这样的糖基化蛋白位于细胞膜上,而且参与细胞间信号转导、细胞相互作用和胚胎发育。

蓖麻毒素是一种剧毒的植物毒素和生物武器。蓖麻毒素的走私引发了人们对它可能被恐怖分子和恐怖组织使用的担忧。目前还没有针对蓖麻毒素的解毒剂,因此众多团体(如制药公司,军队)都有兴趣开发治疗或阻止蓖麻毒素毒性作用的方法。Penninger团队刚发现存在岩藻糖基化(fucosylation)缺陷的突变细胞对蓖麻毒素产生抵抗性。岩藻糖基化是一种添加岩藻糖的糖基化过程。然而,促进蓖麻毒素毒性产生的岩藻糖基化靶标是未知的。

如今,Taubenschmid和Stadlmann利用SugarQb方法能够获得这些蓖麻毒素抵抗性细胞的糖蛋白质组:在这些突变细胞中发生改变的糖蛋白可能在它们的抵抗性中发挥着作用。确实,Penninger团队发现6种新的协调着蓖麻毒素毒性的糖蛋白。正如存在岩藻糖基化缺陷的细胞那样,这些糖蛋白中的任何一种的缺乏都会让人细胞产生蓖麻毒素抵抗性。他们的发现提示着这些新的糖蛋白的岩藻糖基化是蓖麻毒素敏感性所必需的,而且为药物开发提供很多新的治疗靶标。

SugarQb方法可以免费提供给所有的科学家们。Stadlmann说,“我们希望我们的平台将让世界各地的研究团队通过识别糖结构和它们在相应蛋白上的位置来开拓这个未知的领域。” Penninger补充道,“糖基化在包括癌症在内的许多疾病中发挥着重要的作用。SugarQb方法将让科学家们揭示新的生物学机制和疾病治疗策略。它可能也被临床医师用来确定异常的糖蛋白质组特征为疾病的生物标志物和追踪对治疗作出的反应。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Johannes Stadlmann, Jasmin Taubenschmid, Daniel Wenzel et al. Comparative glycoproteomics of stem cells identifies new players in ricin toxicity. Nature, Published online 20 September 2017, doi:10.1038/nature24015

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