糖基转移酶的功能和应用研究

The current Project, built upon previous work, is centered on "study of glycosyltransferase functions and applications." Analytical chemistry and other relevant methods will be utilized, along with the integration of new research progress in interdisciplinary areas such as chemical biology, cell metabolic engineering, synthetic biology, organic chemistry, and biomedical science for the design of chemical enzymes-based highly selective recognition probes for complex glycan structures, construction of highly efficient, highly sensitive signal labeling materials and amplification technologies, and development of new highly sensitive, high-throughput detection principles, methods, and technologies for tumor-related glycans. Novel in situ assay methods for glycosyltransferase will be developed, and dynamic monitoring methods for glycosylation processes will be demonstrated. Small molecule probes will be utilized for the revelation of several important carbohydrate chain-mediated cellular physiological activities, and elucidation of regulation mechanisms for glycosylation and carbohydrate metabolic processes and their roles in cellular signal transduction. New methods for the identification of glycosyl-based tumor biomarkers will be developed, and valuable selective cancer early warning and diagnostic biomarkers will be proposed. The project will contribute to the advancement of chemical biology, clinical medical science, and life sciences.

本项目在前期工作的基础上，围绕“糖基转移酶的功能和应用研究”，利用分析化学及其相关方法和化学生物学、细胞代谢工程、合成生物学、有机化学、生物医学等交叉学科新的研究成果，设计高选择性的化学酶识别探针，创新高效率、高敏感的信号标记材料与放大技术，构建高灵敏、高通量的肿瘤相关复杂聚糖检测新原理、新方法与新技术；提出糖基转移酶原位检测新方法，创新糖基化过程的动态监测方法，解析肿瘤发展不同阶段的糖链和糖基转移酶活性的变化规律；利用小分子抑制剂研究肿瘤细胞聚糖表达的变化及其对下游信号转导过程的影响，揭示糖链介导的若干重要细胞生理活动，以及糖基化、糖代谢过程的调控机制与在细胞信号转导中的意义，建立基于糖基的肿瘤标志物甄定新方法，提出有价值的特异性癌症预警与诊断生物标志物，对化学生物学、临床医学和生命科学的发展具有推动作用。

在91413118项目资助下，研究工作主要围绕糖基转移酶的功能和应用研究展开。基于糖基转移酶的功能研究离不开对细胞糖基表达进行原位监测这一思想，研究组首先聚焦于特定蛋白的聚糖检测和如何实现多种聚糖同时检测这两个科学问题，发展了4种高灵敏度的聚糖原位检测方法。进一步针对细胞内的唾液酸转移酶，通过构建FRET检测系统，对细胞内的唾液酸化过程以及抑制剂对唾液酸化的抑制作用进行了原位监测，研究了糖基转移酶活性与细胞癌变和表面聚糖表达的关系，以及不同细胞周期时糖基转移酶活性的差异。高灵敏纳米生物分析方法的建立是进行糖基转移酶功能研究的基础，所以研究组同时发展了多种信号分辨和放大策略，用于生物分子如DNA、蛋白酶、细胞内miRNA的传感。同时，针对当前癌症光学诊疗探针存在的靶向性差、疗效低、激发波长短等问题，搭建了2种癌症靶向的光学诊疗和疗效监测平台，有望用于结合肿瘤细胞特异性的糖基和糖基转移酶的表达，为肿瘤“精准治疗”提供新思路。研究成果在Chem. Sci.、Anal. Chem.等刊物发表SCI论文10篇（其中8篇论文在影响因子大于5刊物发表），撰写中文专著一部、专章一章，完成了研究计划。所取得成果对于研究肿瘤与细胞表面糖基、糖基转移酶表达和糖基化机制的关系，揭示蛋白质糖基化过程在细胞间通讯，细胞信号转导，细胞凋亡、癌变和肿瘤发生、发展与迁移中的作用，探讨小分子与糖基、糖基化蛋白和糖基转移酶的相互作用具有重要意义。研究结果将为基于糖基转移酶靶点的新药开发和肿瘤诊断新标志物的提出提供新思路。