蛋白質糖基化修飾在生命體中的作用

　　治療性重組蛋白或單克隆抗體是影響細胞、組織、器官乃至生命的外源性重組蛋白，在細胞內成熟過程中幾乎均會發生蛋白質糖基化修飾，而糖基化修飾的質和量的差異，可能會影響相關重組蛋白表達水平、結構及功能。重組蛋白表達服務可以幫助研發人員研發高效、高質量的蛋白質。在生物體中50%以上的蛋白質存在糖基化現象，包括染色質蛋白、核孔蛋白、RNA 聚合酶 II、轉錄因子、蛋白翻譯調控因子等，涉及到細胞免疫、蛋白翻譯調控、蛋白降解等許多生物過程。

　　隨著治療性重組蛋白的需求和應用的不斷發展，已出現了以改造治療性重組蛋白為目的的蛋白質糖基化工程技術。該技術主要通過改變用于表達重組蛋白的宿主細胞中參與糖基化修飾的關鍵酶蛋白(糖苷酶及糖基轉移酶)，來影響重組蛋白的糖基化，從而改變重組蛋白表達水平、結構及功能。重組蛋白表達是是現代工業、醫療和基礎研究領域的重要組成部分，也是當前生物技術的難點和熱點，因此不少生物公司提供重組蛋白表達服務。美迪西擁有多種蛋白表達系統，包括原核蛋白表達系統、酵母蛋白表達系統、昆蟲細胞蛋白表達系統（桿狀病毒）哺乳動物細胞蛋白表達系統，具備多種融合技術，可以為客戶在蛋白表達與純化方面提供多種選擇。從方案設計、基因優化、表達條件優化到純化的技術體系，以提高客戶的目的蛋白表達水平。

　　糖基化是蛋白質重要的翻譯后修飾之一，根據糖基化的修飾位點可將糖基化分為N位糖基化和O位糖基化。N位糖基化位于Asn-297，寡糖中的N-乙酰氨基葡萄糖與天冬酰胺殘基上的酰胺氮連接修飾蛋白，起始于內質網完成于高爾基體；O位糖基化由寡糖中的N-乙酰半乳糖與絲氨酸或蘇氨酸殘基上的羥基連接修飾蛋白，在高爾基體完成。

　　動物細胞分泌的免疫球蛋白中N位的糖基化是最普遍的糖基化修飾，同時也是研究最多的一種糖基化修飾。以IgG1為例，其重要的糖基化修飾位點位于Fc端，且根據其末端精細結構(長度、分支及單糖排列)的不同又可分為復合型、雜合型和高甘露糖型。蛋白質糖基化修飾在生命體中的作用主要如下：

　　1、參與免疫分子的成熟包裝

　　未組裝主要組織相容性復合體I類分子需要通過與天冬酰胺殘基相連的糖鏈的幫助與內質網分子伴侶鈣聯素相互作用，然后此糖鏈與Clx分離，并與另一分子伴侶鈣網素相結合。 這兩種分子伴侶或其中一種捕獲二巰基氧化酶ERp57，使MHC I重鏈鏈內二硫鍵的形成。同時MHC-I 的輕鏈β2M與重鏈相連接。而輕鏈β2M又與包括TAP運載體和跨膜糖蛋白tapasin在內的復合體相連。外來的蛋白被細胞的蛋白酶體攝取并酶解成肽段，然后被TAP結合并轉運到內質網，使其與MHC I相連。結果導致MHC-I輕鏈與TAP、tapasin復合體解離。最終形成了成熟的MHC-I多肽復合體。

　　2、信號傳導途徑調控

　　II型糖尿病中，研究人員認為高血糖引起了異常的O-Glc NAc修飾，導致一些信號事件被緩沖，使胰島素受體底物下降，最終胰島素不能很好的利用大量的葡萄糖。蛋白O-GlcNAc修飾的水平對氨基己糖的生物合成途徑非常敏感，可以把O-Glc NAc當作是能量（葡萄糖）可用性的感受器。在這個模型中，O-GlcNAc修飾的狀態和水平很大程度上依賴與UDP-GlcNAc的可用性，而且能表現出反映細胞營養狀態的調節點。如果O-GlcNAc修飾全面上升或下降，那這將對細胞對外界刺激的反應能力產生非常大的影響。因此，O-GlcNAc修飾能被看成是細胞內的一種信號，它能很大程度上決定細胞如何去削減外界對自身的刺激。

　　3、參與細胞壁的合成

　　研究人員把構巢曲霉的編碼甘露糖基轉移酶的基因阻斷了，結果導致甘露糖基轉移酶的活性只有原來的6%，使一些蛋白無法糖基化，細胞發生異常現象，細胞壁無法正常形成。

　　4、蛋白降解調控

　　許多關鍵蛋白都受合成速率和降解速率控制。而擁有PEST序列或者富含P、E、S、T殘基的肽很容易被磷酸化或其他機制降解，而研究表明被O-Glc NAc糖基化的蛋白序列富含P、E、S、T殘基而未被降解，這可能是因為蛋白的糖基化阻礙了其磷酸化，使蛋白不那么容易被降解。

　　5、參與蛋白質的翻譯調控

　　真核起始因子eIF-2參與了蛋白質合成起始，但是它的磷酸化能抑制蛋白合成。Gupta 的實驗室鑒定了一個能保護eIF-2不受磷酸化的67k Da的eIF-2關聯蛋白p67，他們后來發現這個p67蛋白有參與調控eIF-2活性的O-GlcNAc糖基化。把p67蛋白與一種凝集素WGA共培養后，發現抑制了p67蛋白保護eIF-2的能力，從而導致其磷酸化，抑制蛋白其始合成。

　　6、糖基化修飾與疾病的關系

　　一些疾病也被發現與糖基化異常有關。如第一個被鑒定為糖基化異常引起的疾病I-細胞病就是因為N-糖鏈不能進一步進行甘露糖-6-磷酸修飾而導致蛋白分解代謝失常所引發的一類貯積病 。在囊性纖維病中，也被證實存在異常糖基化：巖藻糖增多而唾液酸下降。這也成了該病的一種標志。正因為某些疾病中存在著異常的糖基化現象，一些針對糖基化的抑制劑也已開始運用于到疾病的治療試驗中。 如α-葡萄糖苷酶抑制劑阿卡玻糖，米格列醇等被用于糖尿病治療臨床試驗。N-丁基脫氧野尻霉素和6-0-丁基脫氧野尻霉素也都已被運用于治療艾滋病的臨床試驗中。

　　鑒于蛋白質修飾對人生命體的重要作用，因此對蛋白質進行人工糖基化改性至關重要。蛋白質進行人工糖基化改性屬于蛋白質糖基化工程的研究內容。蛋白質糖基化工程指的是通過對蛋白質表面的糖鏈進行改造，從而改良蛋白質性質的一種技術。目前蛋白質糖基化工程的研究內容多集中于藥物方面和食品方面。而對于生物公司提供的重組蛋白表達服務來說，重組蛋白表達服務是一項環節較多的技術服務，為了獲得理想的實驗結果，需要公司與客戶雙方多次溝通。同時需要蛋白信息、載體信息、表達水平等各項盡可能詳細的背景資料，在充分溝通后，制定出最優的表達方案。