低成本、快速合成各种天然和非天然碳水化合物

　　斯克里普斯研究所（TSRI）的研究人员在《Nature Communications》描述了一种可作用于不同葡聚糖修饰细胞的葡聚糖-蛋白质相互作用筛选新工具。这项突破将用于研究葡聚糖在人类疾病（如癌症）中的重要作用。

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　　一般情况下活细胞内布满葡聚糖（glycans），这种支链碳水化合物在细胞与环境相互作用中扮演着不同角色。

　　“葡聚糖微阵列检测是所有从事葡聚糖研究领域的科学家都在努力尝试的一项实验，”TSRI副教授、文章通讯作者Peng Wu博士说。“我们创造了一种非常容易推广的简便方法。”

　　葡聚糖和葡聚糖结合蛋白在细胞膜上的图案可以让健康细胞癌变，控制细胞在发育中的角色，以及促进成体细胞之间各种相互作用。影响细胞正确创建葡聚糖的遗传性疾病通常会导致患者寿命缩短和肌肉骨骼问题。

　　葡聚糖研究比较棘手。科学家们知道如何在实验室合成蛋白质和DNA分子，但是葡聚糖的按需创建仍是一项化学挑战。

　　为了研究与葡聚糖分子相互作用的细胞蛋白质，研究人员需要将数十或数百个葡聚糖附着在一块玻璃片上进行葡聚糖结合测试。然后将玻璃片暴露在待检测的细胞或蛋白质之中观察结果。但是，这种葡聚糖微阵列测试费时费力，还十分昂贵。

　　“在过去，如果你想做100种糖的测试阵列，你首先得单独合成100种糖，光这个步骤就十分困难，”Wu说。“只有专业化的碳水化合物化学合成实验室才能提供这些服务。”

　　Wu和和同事决定利用细胞天然酶类的强大力量生产葡聚糖，这些酶的工作方式是逐级式的，用一个专门的酶生产糖的一小部分，接着另一个酶生产糖链的下一个分支，以此类推。研究人员发现，即使是结构相关的非天然存在的糖也能通过这种方式添加。

　　Wu的团队采用啮齿动物的突变卵巢细胞，这些细胞的葡聚糖构成相对人类细胞较为简单。让细胞暴露在不同葡聚糖生产酶的组合之下，向细胞所含的葡聚糖上添加碳水化合物支链。用这种方法他们创建了许多镶嵌不同糖链的细胞葡聚糖阵列。

　　“唯一的限制是可以使用的酶，现在我们还需要借助细胞自身的简单糖基化，”Wu说。“但是我们已经创建出了我们想要的所有葡聚糖。”

　　为了测试新细胞阵列的作用，Wu和同事在含有不同葡聚糖的细胞中筛选能与Siglec-15结合的葡聚糖。Siglec-15是治疗绝经后骨质疏松症的潜在药物，了解它与碳水化合物的相互作用很有必要。

　　研究小组确定了三种与之存在强烈相互作用的葡聚糖。接下来，他们用生产其中一种聚糖结构的突变啮齿动物卵巢细胞孵育人类骨髓基质细胞，发现Siglec-15表达骨细胞形成过程受到了抑制，这种破骨细胞在生长和愈合过程中起吸收骨组织作用。