文章题目：Chemoenzymatic synthesis of genetically-encoded multivalent liquid N-glycan arrays

发表期刊：nature communications（2023.08）

影响因子：16.6

通讯单位：Department of Chemistry, University of Alberta

        细胞表面糖链参与介导着多种生物过程，如细胞间粘附、细菌和病毒感染以及免疫调节。然而，细胞表面糖链的复杂性和异质性，对研究其在生物过程中的作用造成了困难。要想了解糖链与糖链结合蛋白（GBPs）的识别特性，就必须开发能够简便有效研究糖链结构和密度对其与GBPs相互作用的工具。

        在这篇文章中，作者在含有特定核酸标签的噬菌体表面进行化学酶法合成，生产出基因编码的复杂型N糖链液体聚糖阵列（LiGA）。该LiGA可有效展示确定结构与密度的N糖链，并用于在体外、细胞表面和小鼠体内研究糖链与GBPs 的相互作用，并充分了解聚糖密度对识别的影响。

图1：LiGA的合成与表征

        首先是LiGA的构建。用于化学酶法合成的N糖链原料提取于卵黄（图1a），并经过蛋白酶、唾液酸酶、半乳糖苷酶处理以及天冬氨酸C端的叠氮官能团化（图1a和d）获得。含有DNA barcode的噬菌体则通过与DBCO-NHS的酰胺化反应，在表面修饰不同数量的DBCO官能团（图1b和c）。随后，通过SPAAC将处理过N糖链连接到噬菌体表面，并通过MALDI-TOF MS证明LiGA构建成功（图1c）。

        接下来作者继续探究直接在噬菌体表面连接异质性的N糖链，并通过多步酶切和酶促糖链延长获得LiGA的可能性。连接有异质性的N糖链的噬菌体，经过唾液酸酶和半乳糖苷酶的处理（图2a和图3a），可容易的获得含有均一的N糖链的LiGA（图2e和图3）。

图2：使用唾液酸酶对噬菌体上的唾液酸进行降解

图3：使用半乳糖苷酶对噬菌体上的半乳糖进行降解

        继续对连接有异质性N糖链的噬菌体进行化学酶法延长，也可以容易的得到含有均一末端唾液酸化N糖链的LiGA（图4），这些结果表明，多步酶法可以直接在噬菌体上生成均一的N糖链。

图4：使用B4GalT1和Pd26ST在噬菌体上对双天线N糖链进行两步酶法延伸。

        开发出合成LiGA的可靠方法后，作者利用LiGA研究N糖链结构和密度对其与GBP结合的影响。为此，作者合成了一个六种N糖链（图5a），以五种不同的平均密度（50、150、500、750 和 1000个聚糖/噬菌体）连接在噬菌体表面。分析结果发现，CD22只与含有末端唾液酸且平均密度大于500的LiGA结合(图5e和f)；同样识别的α2,6唾液酸糖链的SNA-I则只识别平均密度150的LiGA（图5d）。DC-SIGN，一种主要存在于免疫细胞表面的表面受体，则主要与高密度（500）的末端为甘露糖的LiGA结合，但是紧密排列的Man₃表位的立体闭塞作用，当密度提高后，其相互作用迅速减弱（图5g）。这些结果表明，GBP与糖链的结合不仅取决于凝集素浓度，还取决于聚糖的空间密度。

图5：LiGA6×5与SNA、CD22以及过表达CD22或DC-SIGN的细胞的相互作用。

        最后，作者利用LiGA测定确定与每个器官特异性相关的聚糖结构和密度（图 6a）。各种N糖链（图 6b）在脾脏中的富集程度很高，这可能是由于LiGA与脾脏中淋巴细胞、巨噬细胞、树突状细胞和浆细胞表达的凝集素结合导致的。与此相反，肾脏、心脏和肺中富集的LiGA很少（图6b）；在肺中没有观察到任何密度的 N-聚糖明显富集（图6b）。在肝脏中，与末端带有唾液酸的N糖链相比，不同密度的末端含有半乳糖的N糖链LiGA在肝脏中表现出显著的富集（图 6b，c），这可能是由于末端半乳糖糖链与ASGPR受体结合的影响。这些结果表明可以利用LiGA来确定糖类结构和密度对其器官特异性富集的影响，有助于开发相关器官的靶向递送体系。

图6：LiGA与体内器官的相互作用

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-40900-y

作者：汪浩

审核：李全才

编辑：邵萌

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