低成本、快速合成各種天然和非天然碳水化合物

　　斯克里普斯研究所（TSRI）的研究人員在《Nature Communications》描述了一種可作用于不同葡聚糖修飾細胞的葡聚糖-蛋白質相互作用篩選新工具。這項突破將用于研究葡聚糖在人類疾病（如癌癥）中的重要作用。

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　　一般情況下活細胞內布滿葡聚糖（glycans），這種支鏈碳水化合物在細胞與環境相互作用中扮演著不同角色。

　　“葡聚糖微陣列檢測是所有從事葡聚糖研究領域的科學家都在努力嘗試的一項實驗，”TSRI副教授、文章通訊作者Peng Wu博士說。“我們創造了一種非常容易推廣的簡便方法。”

　　葡聚糖和葡聚糖結合蛋白在細胞膜上的圖案可以讓健康細胞癌變，控制細胞在發育中的角色，以及促進成體細胞之間各種相互作用。影響細胞正確創建葡聚糖的遺傳性疾病通常會導致患者壽命縮短和肌肉骨骼問題。

　　葡聚糖研究比較棘手。科學家們知道如何在實驗室合成蛋白質和DNA分子，但是葡聚糖的按需創建仍是一項化學挑戰。

　　為了研究與葡聚糖分子相互作用的細胞蛋白質，研究人員需要將數十或數百個葡聚糖附著在一塊玻璃片上進行葡聚糖結合測試。然后將玻璃片暴露在待檢測的細胞或蛋白質之中觀察結果。但是，這種葡聚糖微陣列測試費時費力，還十分昂貴。

　　“在過去，如果你想做100種糖的測試陣列，你首先得單獨合成100種糖，光這個步驟就十分困難，”Wu說。“只有專業化的碳水化合物化學合成實驗室才能提供這些服務。”

　　Wu和和同事決定利用細胞天然酶類的強大力量生產葡聚糖，這些酶的工作方式是逐級式的，用一個專門的酶生產糖的一小部分，接著另一個酶生產糖鏈的下一個分支，以此類推。研究人員發現，即使是結構相關的非天然存在的糖也能通過這種方式添加。

　　Wu的團隊采用嚙齒動物的突變卵巢細胞，這些細胞的葡聚糖構成相對人類細胞較為簡單。讓細胞暴露在不同葡聚糖生產酶的組合之下，向細胞所含的葡聚糖上添加碳水化合物支鏈。用這種方法他們創建了許多鑲嵌不同糖鏈的細胞葡聚糖陣列。

　　“唯一的限制是可以使用的酶，現在我們還需要借助細胞自身的簡單糖基化，”Wu說。“但是我們已經創建出了我們想要的所有葡聚糖。”

　　為了測試新細胞陣列的作用，Wu和同事在含有不同葡聚糖的細胞中篩選能與Siglec-15結合的葡聚糖。Siglec-15是治療絕經后骨質疏松癥的潛在藥物，了解它與碳水化合物的相互作用很有必要。

　　研究小組確定了三種與之存在強烈相互作用的葡聚糖。接下來，他們用生產其中一種聚糖結構的突變嚙齒動物卵巢細胞孵育人類骨髓基質細胞，發現Siglec-15表達骨細胞形成過程受到了抑制，這種破骨細胞在生長和愈合過程中起吸收骨組織作用。