大家好，今天为大家分享一篇发表在JACS上的文章，文章的题目是“Enzyme-Sialylation-Controlled Chemical Sulfation of Glycan Epitopes for Decoding the Binding of Siglec Ligands”，通讯作者为上海药物所的文留青研究员，Scripps研究所的吴鹏教授，以及上海药物所的张家彬研究员。文留青老师的主要研究方向是寡糖相关的药物研究，吴鹏老师主要聚焦于糖相关的化学生物学工具开发以及化学免疫学，张家彬老师则主要研究糖类化合物的高通量自动化合成以及糖类药物的开发。
聚糖的硫酸化是一种普遍存在且至关重要的翻译后修饰，广泛分布的硫酸化聚糖表位在许多生理和病理过程中都发挥着重要的作用。这些硫酸化的聚糖表位通常被认为可与唾液酸结合免疫球蛋白凝集素（Siglecs）进行结合，从而控制免疫细胞的激活与抑制，来调节人体的免疫反应。除此之外，硫酸化的聚糖表位也可以作为配体，用于将药物分子递送到表达特定Siglec的免疫细胞上。因此，了解硫酸化聚糖表位与Siglec的相互作用机制对于推动上述研究及应用有着十分重要的意义。但是，由于硫酸化糖链的结构异质性和复杂性，其合成与表征存在较高的难度，而这也大大阻碍了硫酸化聚糖生物学功能的研究。针对上述问题，本文提出了一种特异性硫酸化聚糖表位的化学策略。该方法通过酶促唾液酸化及脱唾液酸化的方式实现了二糖/三糖骨架的区域特异性精准硫酸化。在该方法中，作者首先探索了对二糖中Glc/GlcNAc的C-6位羟基的选择性硫酸化。由于传统的化学方法，例如使用SO3/Py复合物引入硫酸基，往往无法区分不同糖基上的C-6位羟基，同时也会存在与C-3位羟基反应的可能性。为了避免这一问题，作者提出了可使用来自脑膜炎奈瑟菌的CMP-唾液酸合成酶NmCSS和来自光状单胞菌的α-2,6唾液酸转移酶PD2,6ST，以唾液酸作为保护基来对聚糖骨架上的Gal残基进行C-6和C-3位羟基的特异性唾液酸化保护，而后再进行化学硫酸化的方法。在实际验证中，作者发现反应产生了混合物，导致这一结果的原因是SO3/Py除了与聚糖底物的C-6位羟基发生反应外，也和唾液酸的C-9位羟基发生了硫酸化反应。为解决这一问题，作者改用了C-9位叠氮化的叠氮唾液酸作为底物，最终顺利得到了高产率的C-6位羟基单硫酸化的聚糖产物，且产率可达70%左右。在实现了对Glc/GlcNAc的C-6位羟基选择性硫酸化后，作者紧接着采用了类似的流程实现了对Gal的C-6位选择性硫酸化，二糖骨架的双硫酸化以及含岩藻糖的聚糖骨架硫酸化。对Gal硫酸化，作者选择在唾液酸化后先用TBS对Glc/GlcNAc暴露的C-6位羟基进行保护，而后使用神经氨酸酶NanA切去唾液酸，再进行化学硫酸化，便实现了对Gal的C-6位羟基的选择性硫酸化。二糖骨架的双硫酸化则是使用α2,3唾液酸转移酶BtST实现对Gal的C-3位羟基唾液酸化保护，而后化学硫酸化的方式实现。基于上述方法，作者对合成的硫酸化聚糖骨架进行了唾液酸化，以构建聚糖库，最终得到了66种不同结构的聚糖。为了研究这些聚糖与Siglec的结合，作者将这些聚糖与NHS活化的玻璃载体进行连接，构建聚糖微阵列。随后作者选用了在人体中发现了15种Siglec，对聚糖微阵列进行处理。结果表明聚糖硫酸化总体对Siglec的结合强度有提升作用，这也与前人的报道相符合。除此之外，通过这一筛选，作者还揭示了一种新的Siglec特异性结合模式。例如在前人的研究中，Siglec-3和Siglec-8具有相似的配体结合偏好，但是通过聚糖微阵列发现，具有β-1,3 Gal骨架的二硫酸化聚糖对Siglec-8的结合强度较高，但与Siglec-3的强度则较弱，这表明不仅是硫酸化和唾液酸化会影响Siglec的结合，配体的骨架结构也会影响Siglec的识别。总而言之，本文中作者开发了一种化学酶法策略，利用唾液酸作为保护基，实现了特异性硫酸化糖基表位的高效制备，并揭示了新的Siglec结合模式。这一方法大大推进了Siglec与聚糖相互作用的研究，为硫酸化，唾液酸化以及聚糖骨架如何在分子水平上决定Siglec的结合特异性提供了更清晰的认识。原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c08817文章引用：DOI：10.1021/jacs.4c08817
