蛋白上的糖分子:发现新的糖化调控机制,有助糖蛋白药物突破

图示为癌细胞,目前研究发现癌细胞恶化与糖蛋白酵素有关。图片来源: Wikimedia Commons

中央研究院基因体研究中心特聘研究员翁启惠院士研究团队,关于探究与癌细胞恶化有密切关联的酵素FUT8之论文,已于7月5日发表于《美国化学会期刊》(Journal of the American Chemical Society )。此研究结果不但确定FUT8对糖分子有选择性,更进一步配合质谱研究,厘清其于细胞内糖化的步骤,并发现新的糖化调控机制,这项成果对于蛋白质糖化的研究及之后蛋白药物的研发,均具有影响力。

人体中的蛋白质有半数以上会被糖化,但是为什么蛋白质会带有糖分子,在科学界却一直没有很具体的答案。举例来说,为什么人的血型是因为红血球上糖分子的差异所决定?在流感病毒入侵宿主时,为什么病毒上的血球凝集素(hemagglutinin)会先和宿主细胞上含有唾液酸(sialic acid)的糖分子结合?都是目前科学界仍无法完整回答的问题。

目前已知糖蛋白在生物体内扮演各种重要的功能,随着蛋白质药物快速发展,糖蛋白上糖分子的作用也愈来愈被重视。糖蛋白上糖分子的变异,便是细胞癌化的一个重要指标,像带有核心岩藻糖的甲型胎儿蛋白-L3(alpha-fetoprotein-L3,简称AFP-L3),是早期肝癌的生物标记,其灵敏度比只检测甲型胎儿蛋白还高,因此解开糖蛋白上的糖分子是如何影响蛋白功能,是糖蛋白学界重要的课题。

糖蛋白上的糖分子对糖蛋白三度空间结构的形成、稳定度、功能,有着决定性的影响,但即便科学家们已经了解糖蛋白上糖分子的结构,至今仍无法有效地调控糖蛋白或细胞表面糖分子结构的生成。这其中的困难在于,在糖分子生合成的过程中,有多种糖转移酶(glycosyltransferases)相互竞争,也相互影响糖分子生合成的路径,造成一个糖蛋白上会有各种不同组成的糖分子。例如,在人体内,光是岩藻糖转移酶(fucosyltransferases,简称FUT)就有至少13种,而N-乙醯葡萄糖胺转移酶(N-acetylglucosaminyltransferases,简称GnT)也至少有八种之多,它们所认识的糖分子皆有不同。

「第八型岩藻糖转移酶」(fucosyltransferase 8,简称FUT8),是负责在糖蛋白加上核心岩藻糖的糖化酵素,「核心岩藻糖」的出现,会阻扰抗体的功能,也跟发育、癌症有关联。因此,若要强化抗体的效力,必须排除「核心岩藻糖」,也就是说,必须找出阻挡FUT8 把糖镶嵌到蛋白的方式。

为了探讨FUT8 这个酵素对糖分子的选择性,并厘清细胞内糖化的步骤,研究团队结合化学法及酵素法,包括糖切酶(glycosidases)及三种GnT,合成出不同的糖分子接在胜肽上,借以了解到底FUT8 认识哪些糖分子,进而对核心岩藻糖作修饰。结果显示,FUT8 可以作用在特定「三触(tri-antennary)结构」的糖分子。

为了观察细胞中糖化的变化,研究团队与该中心林俊利老师的质谱实验室合作,使用超高温多孔性石墨碳液相层析质谱分析(high-temperature porous graphitic carbon liquid chromatography-mass spectrometry,简称HT- PGC LC-MS)来分析糖分子,结果有效地区分出三种同分异构的糖分子(A2B,A3(2,4,2),A3(2,2,6)),发现到新的糖化调控机制。

图/中研院提供

研究发现,经过GnT-III 及GnT-V 修饰后的糖分子,几乎无法被FUT8 认识,而GnT-IV 修饰过的三触糖分子,则会很容易地被FUT8 认识,而将岩藻糖加到糖分子的核心位置。

这些研究成果让我们更了解蛋白质的糖化过程,除了可以延伸至观察细胞癌化过程中,糖分子结构如何产生变异,进而找到更好的糖分子癌症标记,如本研究中所发现,细胞里面若GnT-IV 有高度表现的情形,就会影响到糖分子的结构。此外,因为厘清了糖转移酶之间是如何的交互影响,我们就能进而设计出适合的糖分子结构,以开发更有效的糖蛋白药物。

此研究成果已发表于《美国化学会期刊》(Journal of the American Chemical Society),论文标题为:「Substrate Preference and Interplay of Fucosyltransferase 8 and N-Acetylglucosaminyltransferases」(DOI: 10.1021/jacs.7b03729),第一作者为国立阳明大学微生物免疫学研究所的博士生曾子豪同学,徐翠玲助技师协助指导。此研究由中研院登峰计画补助。

本文改写自中研院新闻稿。

评论已关闭

  • 服务生

    蛋白上的糖分子:发现新的糖化调控机制,有助糖蛋白药物突破

    3年前 (2017-08-07)
    回复服务生