我所提出基于納米孔解析中性糖鏈精確結構的方法

近日，我所生物技術研究部生物分離與界面分子機制研究組（1824組）卿光焱研究員團隊與中藥科學研究中心（2800組群）梁鑫淼研究員團隊合作，在中性糖鏈結構解析方面取得新進展。合作團隊通過對糖鏈進行衍生化標記的策略，利用納米孔的突變，實現了對基于蛋白納米孔的糖鏈精確結構的解析，并揭示了糖鏈分子與納米孔界面相互作用機制。

迄今為止，科研人員研究的絕大多數物種的細胞表面都“覆蓋”一層“糖被”，此外，超過一半的蛋白都會進行糖基化修飾。因此，糖鏈在生物體的生理和病理過程中都擔任著重要角色。然而，由于糖鏈本身的結構異質性，包括復雜的單糖組成、序列、連接類型、分支結構、和異構立體化學等，難以對其結構進行精準解。此外，大多數糖鏈本質上是中性的，電離效率低，且中性糖鏈僅具有羥基官能團，缺乏電荷，抑制了它們與納米孔相互作用的能力，難以被納米孔所傳感。這限制了中性糖鏈的分析手段，也阻礙了糖組學的發展，導致目前科研人員對中性糖鏈在生物體內發揮怎樣的生物學功能缺乏更多、更深入的了解。因此，亟需開發一種高效、簡便的中性糖鏈的精細結構解析方法。

本工作中，卿光焱團隊在前期基于穩態離子電流的固態納米孔道傳感策略實現唾液酸糖鏈異構體區分（Chem. Sci.，2020）、基于瞬態離子電流的納米孔傳感策略實現唾液酸糖鏈的結構分析（Nat. Commun.，2023）等工作的基礎上，設計開發了以聯萘作為標簽的糖鏈衍生化策略，增強了衍生化糖鏈分子與納米孔界面之間的陽離子-π相互作用，降低了糖鏈分子過孔的易位速度，從而實現了利用氣溶素（AeL）納米孔檢測中性糖鏈。該方法可以通過單糖/基團分辨率來區分不同糖鏈，并且具有監測酶轉糖基化反應的潛力。卿光焱團隊對AeL納米孔進行突變改造后，得到的突變體T240R可實現對六種二糖異構體，以及三糖和四糖連接異構體的明確鑒定。此外梁鑫淼團隊開展了機器學習和分子對接工作，利用機器學習實現了多樣品區分及混合樣品占比預測，并通過分子對接模擬，揭示了納米孔內壁氨基酸殘基（R282、K238、R240）與糖鏈/聯萘標簽相互作用模式。更重要的是，本工作演示了中性糖鏈異構體的動力學易位過程，為基于納米孔的糖鏈分析奠定了理論基礎。該工作有望促進糖鏈結構異構體的分析，并為基于納米孔的糖鏈結構測定和測序提供新思路。

相關研究以“Precise structural analysis of neutral glycans using aerolysin mutant T240R nanopore”為題，于近日發表在《美國化學學會-納米》（ACS Nano）上。該工作的第一作者是1824組博士研究生逯文啟和助理研究員趙新佳。上述工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、我所創新基金等項目的資助。（文/圖 逯文啟、趙新佳）

文章鏈接： https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.4c01571