糖脂代谢网络蛋白的时空调控技术

The glycolipids are important biomolecules in biological processes, therefore their metabolism is finely regulated by a series of proteins. Specific modulation of these proteins is the key to comprehensively study the metabolism processes, understand the mechanism of related diseases as well as explore the treatment of these diseases..We have previously studied the bioorthogonal decaging chemistry systematically and developed a series of chemical methods for specific protein modulations. These chemical protein modulation methods are expected to be one of most advanced and efficient tools in the study of glycolipid metabolisms in living conditions. Therefore, we propose in this project to develop chemical methods for glycolipid studies by extending the decaging chemistry to aspartic acid and glutamic acid, which are often found to be the catalytic amino acid residues in glycolipid related proteins. The new method will be confirmed by model proteins, and followed by applications in the study of key proteins in glycolipid metabolisms.

针对参与糖脂代谢的蛋白质网络而开发时空特异调控技术将对深入探索糖脂代谢过程的分子机制、研究相关疾病的发生机理等具有重要意义，也为相关疾病的治疗提供理论依据。.申请人课题组率先发展了基于“化学脱笼”策略的蛋白质功能的时空动态调控方法，为在活细胞内开展复杂蛋白质网络的调控研究提供了有效的途径，有望成为糖脂代谢网络调控研究的重要工具。本项目拟针对参与糖脂代谢调控蛋白的特点，进一步开发针对谷氨酸/天冬氨酸的“化学脱笼”策略。并以此为基础，发展时空特异调控糖脂代谢网络相关蛋白的化学生物学新方法。在模型蛋白确证的基础上，对以谷氨酸为催化位点的Hex A蛋白进行特异性调控与机制研究。此外，化学调控方法也将在以赖氨酸/酪氨酸为催化位点的OtsA和3GalT等蛋白上加以应用。本项目所发展的化学生物学技术将为糖脂代谢网络调控等领域的研究提供有力的工具，促进我国在该领域的创新性探索。

糖脂代谢等生命过程往往是在特定的时间和空间维度中有序进行，任何一个维度的异常都有可能引起严重的问题。因此，针对生命过程的研究往往需要兼具时间和空间分辨能力的技术。针对时空分辨技术缺乏的问题，本项目充分发挥学科交叉的优势，提出“化学-光控”协同策略用于时空分辨的化学工具开发，通过化学创新推动糖脂代谢研究技术的突破。该项目立足化学和生物的交叉领域，主要集中在以生物正交反应为基础的化学生物学技术开发为主线，发展用于生物大分子动态网络的原位研究与调控的时空分辨的化学技术与策略。.在生物正交光催化反应的提出和开发的基础上，本项目开发了分别靶向线粒体、细胞膜等重要细胞空间的光催化化学工具，实现了时空灵活可控的线粒体、细胞膜等蛋白质组的高特异性原位、动态解析。接着，通过化学设计构建光催化标记蛋白质和RNA的双功能化学探针，实现了活细胞中RNA结合蛋白质的时空原位研究。化学技术在相关生命过程的研究中展现出了独特的优势，因此，本项目受邀对能用于生命体系的生物正交化学反应进行了系统综述和展望，为进一步深化学科交叉、发展生命过程原位研究的新型化学工具提供新思路。这些创新型技术的开发，为更广泛样品的时空可控的蛋白质原位解析研究奠定了基础，特别是针对临床样品的蛋白质组学谱图绘制对于疾病的致病机制以及寻找潜在的疾病标志物具有重要的意义。