蛋白糖基化的深入研究及其在新型药物和诊断技术发现中的应用

In-depth research on proteins in the past has allowed us to make great progress in the diagnosis and treatment of many diseases. Mature proteins often contain a variety of different post-translational modifications. These chemical modifications could have positive or negative effects. In order to discover optimal protein-based therapeutics and improve the accuracy of diagnosis, it is necessary to understand the role of these modifications. However, due to the high dynamic variability and heterogeneity of post-translational modifications, research in this area has been greatly limited. Therefore, despite decades of efforts, our knowledge about the biological functions and regulatory mechanisms of these modifications, especially protein glycosylation, is still very far from complete. We propose here a research to better our knowledge of protein glycosylation through a thorough study of an important human glycoprotein: chemokine (C-C motif) ligand 5 (CCL5) by innovatively applying a chemical biology strategy using pure synthetic glycoforms. We expect that our results will give us a better understanding of CCL5 glycosylation and allow for a more meaningful evaluation of the potential of glycosylation for improving the diagnosis and treatment of diseases.

过去对蛋白的深入研究使我们在许多疾病的诊断和治疗等方面取得了巨大的进步。成熟的蛋白上往往带有多种不同的翻译后修饰。这些化学修饰对蛋白有或好或坏的影响。为了发现更多的蛋白药物，提高疾病诊断的准确性，有必要深入地了解这些翻译后修饰的作用。然而，由于翻译后修饰高度的动态多变性和不均一性，这方面的研究受到极大的限制。因此，尽管经过数十年的努力，我们对这些修饰，特别是蛋白的糖基化修饰的生物学功能和调节机制依然知之甚少。为了解决这一科学难题，我们将利用能够获得高纯度糖蛋白的优势，通过创新性地使用化学生物学的方法，对一个典型的糖蛋白，人趋化因子（C-C基序）配体5进行系统地研究。这一研究不但会使我们对蛋白糖基化的生物学功能以及调控这些功能的机制有一个更加深入的了解，同时也能极大提高我们利用糖基化开发新型蛋白药物和诊断技术的能力。

糖是一类与蛋白和核酸同等重要的生物分子。全面深入地了解糖的性质与功能，大力推进其在各方面的应用，是本世纪各科研强国在生物科学领域积极支持的方向，同时也是竞争激烈的前沿方向。目前，我国正在努力加强在这一未知领域的发展。糖蛋白是糖在生物体内最主要的存在形式之一，因此，大幅提高对糖蛋白的认识是糖生物学发展必不可少的一环。现有的制备糖蛋白样品的技术和研究糖蛋白的方法还远远不能满足这一要求，因此，需要探索寻找更好的技术和方法，以获取更好的研究成果。.本培育项目以糖基化的人趋化因子5作为模式分子来探索提高糖蛋白研究水平的新技术与新方法。我们首先系统优化了带有粘蛋白核心I型糖结构的氨基酸的合成技术，在国际上首次实现了这类糖基化氨基酸全系列的大量制备与商品化。这一重要成果使适合糖蛋白研究的样品的获得成为可能。以此为基础，通过优化固相合成和连接技术，我们制备了大量趋化因子5糖基化异型体用于糖蛋白性质与功能全面深入的表征和比较。我们发现，多学科交叉的分析方法，可以保证糖蛋白性能表征结果的全面性。通过对结果的比较，我们获得了对糖在趋化因子5的稳定性、糖胺聚糖结合和调控细胞迁移方面的作用以及使用质谱对糖基化异型体进行定量的可行性和需要改进的缺陷等方面深入的认识。探索研究中得到的关键数据清楚地表明：糖可以通过影响邻近氨基酸而改变与这些氨基酸相关的性质与功能。更为重要的是，研究数据还表明，糖基化异型体在混合物中是以各自独立的方式，组合发挥功能的。.总结起来，本培育项目在探索中实现了O-糖基化研究必需原料的商品化，提高了糖蛋白制备的技术，确定了糖蛋白研究的方法，明确了糖基化发挥作用的必要条件、混合物发挥作用的方式以及糖蛋白研究在未来需要克服的缺陷。这些重要的成果为推动包括趋化因子5在内的O-糖基化蛋白的全面深入研究铺好了关键的道路，指明了继续发展的方向，具有重要的科学意义。